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CO2 como fluido de trabajo en centrales solares termoeléctricas

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Abstract

La Energía Solar Térmica de Concentración (ESTC) representa a un sector de gran importancia en España en los ámbitos de la industria y la energía. De los 3.000 MW instalados en el mundo, 2.300 MW se encuentran ya operando en España, y las empresas españolas ocupan un puesto de liderazgo en buena parte de los proyectos en marcha en países como EEUU, Sudáfrica, Chile, Emiratos Árabes Unidos o Marruecos. En el año 2012, el conjunto de centrales solares termoeléctricas en España generaron 3.432 GWh evitando la emisión de 2.464.210 toneladas de CO2. Ahora bien, se necesita un esfuerzo de I+D+i que permita hacer frente a las tecnologías ESTC a la súbita bajada de costes de producción de otras energías renovables y a la necesidad perentoria de ajuste de la producción a los perfiles de consumo en mercados con alta penetración solar y eólica. Una de las líneas de investigación propuestas consiste en la mejora del rendimiento de la planta mediante el desarrollo de sistemas y componentes y ciclos termodinámicos basados en el CO2 como fluido de trabajo tanto en sistemas de concentración lineal (Fresnel, cilindro parabólico) como puntual (disco y receptor central). En los últimos años, se está analizando el uso de sistemas modulares de tipo torre empleando ciclos Brayton cerrados que aunarían diseños optimizados de receptores y turbinas. Así, en EEUU, el programa Sunshot financiado por el DOE está apoyando diversos proyectos para desarrollar receptores solares, intercambiadores de calor y una turbina de CO2 en estado supercrítico (s-CO2) de 10 MW, con el objetivo de alcanzar eficiencias de conversión eléctrica superiores al 50%, trabajando a más de 700 °C y con refrigeración seca. En estas condiciones se podrían desarrollar centrales termosolares modulares con eficiencias de conversión solar a electricidad superiores al 30%, solar a electricidad. Hay que señalar que el mundo solar no es el único interesado en los ciclos Brayton basados en s-CO2, otros energías no-generadoras de gases de efecto invernadero, como geotérmica y nuclear, también han explorado esta opción. En el caso de nuevos ciclos termodinámicos se puede citar el ciclo Allan, del que recientemente ha sido aprobado un proyecto en Australia. IMDEA Energía no es ajena a este interés estudiando la integración de sistemas de almacenamiento termoquímico (EU FP7 TCSPower) y de receptores originales basados en lechos arrastrados de partículas (EU FP7 CSP2) adaptados a las condiciones de operación asociadas a ciclos termodinámicos basados en s-CO2, en el desarrollo de nuevos ciclos termodinámicos y receptores de alta eficiencia empleando CO2 (CM PAIDIR TEC 2013 Alccones). En este trabajo se presentará una breve revisión de las principales acciones nacionales e internacionales llevadas a cabo encaminadas al uso de CO2 como fluido de trabajo en centrales termosolares. Se analizarán los principales retos en el desarrollo de componentes y ciclos termodinámicos en relación con la energía solar de concentración.

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