En el artículo anterior describí los principios esenciales de la tecnología termosolar o de concentración (CSP), en este analizo las ventajas e inconvenientes de esta tecnología, para entender qué factores frenan su despliegue generalizado. La siguiente imagen muestra un esquema de los componentes esenciales de una central CSP que utiliza concentrador de torre:
Esquema de una central CSP de torre
Peculiaridades de las centrales CSP
Sobre el papel, son varias las ventajas de esta tecnología, pero también tiene algunos inconvenientes. Los analizo todos a continuación:
Alta eficiencia energética
Este factor, esencial en cualquier central de producción de energía eléctrica, en el caso de la CSP depende de diversos factores: capacidad de concentración de la radiación solar por los espejos reflectores, temperatura que alcanza el fluido de transferencia y área de los captadores. En los sistemas operativos actuales, la eficiencia está comprendida entre el 20% y el 40%, valores equiparables e incluso superiores a los del otro gran sistema de conversión de la energía solar en eléctrica, la energía solar fotovoltaica, cuyas eficiencias comerciales están comprendidas en el margen 18-26%. Los valores de la eficiencia de conversión de las centrales CSP pueden competir favorablemente también con las centrales de carbón o con las nucleares, cuyas eficiencias energéticas son del orden del 35%, aunque quedan por debajo de las centrales de ciclo combinado que emplean gas natural (45-50%).
Capacidad de almacenamiento de la energía producida
La capacidad de almacenamiento de las CSP es, junto con la eficiencia energética, el factor determinante para la incorporación de dicha tecnología al mix energético en condiciones de igualdad con otras tecnologías renovables más maduras, como la fotovoltaica o la eólica. Las CSP pueden almacenar energía térmica por espacio de 10-15 horas, siendo este su factor clave. Gracias a esa capacidad, la curva de producción de las CSP se acopla perfectamente a la curva de la demanda eléctrica, lo que garantiza que se puede garantizar el suministro continuado las 24 horas del día mediante esta tecnología. A finales de 2021, se estimaba que en todo el mundo había 23 GWh de almacenamiento de energía térmica producida en centrales CSP, basado casi en su totalidad en tecnología de sales fundidas
Tecnología flexible
El auge de la energía eólica y la solar fotovoltaica ha puesto de manifiesto la necesidad de disponer de tecnologías renovables que puedan contribuir al funcionamiento flexible de los sistemas eléctricos para garantizar la fiabilidad del suministro de electricidad. Como es bien sabido, la energía eólica y la solar fotovoltaica son variables, lo que significa que su producción fluctúa en función de la disponibilidad de sol y viento, respectivamente. Las fluctuaciones en la producción de las energías renovables variables requieren una gestión cuidadosa y, si tienen un alto índice de penetración, podrían comprometer la fiabilidad de la red, si no se planifican adecuadamente, pudiendo provocar caídas de tensión y apagones.
La CSP con almacenamiento de energía térmica ofrece una solución al permitir almacenar energía solar y volcar electricidad a la red con poca antelación para complementar las fluctuaciones en la producción de las renovables variables. El ejemplo más evidente de esto es cuando la producción fotovoltaica cae a última hora de la tarde y la CSP con almacenamiento de energía térmica libera la energía almacenada para satisfacer la demanda. Pero la CSP también puede hacer lo contrario, es decir, cuando la producción fotovoltaica alcanza su punto máximo, la CSP puede dejar de volcar electricidad a la red y almacenar la energía en forma de calor, que puede utilizarse cuando se necesite, incluso por la noche. En este sentido, la CSP y la fotovoltaica son perfectamente complementarias.
Necesidad de altos niveles de irradiación
Este es un inconveniente de calado de esta tecnología, ya que necesita altos niveles de irradiación solar por espacios de tiempo muy prolongados, lo que limita su despliegue únicamente a países o regiones que cumplan con estos requisitos. Esto hace que sólo en zonas con altos niveles de irradiación −por encima de 2.000 kWh/m2.año, típico del sur de Europa y norte de África− las centrales CSP pueden ser desplegadas a costes competitivos.
Altos costes de la electricidad producida en centrales CSP
Por el momento, este es el principal factor que frena su desarrollo. No obstante, dadas las tendencias observadas desde 2007, se espera que los precios de la electricidad obtenida con tecnología CSP se sigan reduciendo en los próximos años si los despliegues siguen aumentando. Las nuevas centrales incorporarán mejoras tecnológicas, mejorarán las economías de escala y mejorarán las eficiencias tanto en la construcción como en el funcionamiento de estas centrales. La figura lo muestra.
Evolución de los precios de la energía eléctrica producida por las principales tecnología renovables. Se presentan las tendencias observadas desde 2010. Las diferentes franjas mostradas para cada tecnología corresponden a las variaciones de precios en función de los países, las líneas continuas son los valores promedio y la franja gris horizontal que atraviesa toda la gráfica (en su parte inferior), los márgenes de variación de precios de la electricidad obtenida con combustibles fósiles.
La CSP en el mundo en la actualidad
Cada vez más países utilizan CSP con almacenamiento de energía térmica. En los últimos años, las centrales CSP se han desplegado principalmente en países de África y Asia, desplazando a las regiones originales de instalación de esta tecnología (Norteamérica y Europa). En línea con el desarrollo de otras tecnologías renovables, es probable que se desarrollen más proyectos de CSP a medida que los costes sigan disminuyendo, pero sería bienvenida una mayor estabilidad en los marcos regulatorios para desarrollar la escala de despliegue necesaria para garantizar las reducciones de costes.
Capacidad instalada acumulada de potencia CSP en el mundo, con el detalle del reparto por países.
En 2022, por primera vez ha habido una ligera reducción de la potencia instalada, por el desmantelamiento de casi 300 MW de antiguas centrales de tecnología CSP en Estados Unidos. No obstante, el mercado global sigue mostrando crecimientos netos en ese año con la instalación de 750 MW de nueva capacidad en China y Emiratos Árabes Unidos.
España es el país con más instalaciones CSP del mundo; en total, cerca de cincuenta centrales que suman 2.300 megavatios (MW) y es líder mundial de esta tecnología. Durante el año 2021, la generación CSP alcanzó los 4719 Gigavatios hora (GWh), que representa el 1.84 % de la demanda total de electricidad de dicho año.
El futuro de la CSP
Hasta la fecha, la CSP no ha podido competir comercialmente en el mundo con la fotovoltaica. Para que la CSP sea competitiva, las eficiencias de conversión deben aumentar y sobre todo, el coste de la electricidad producida debe disminuir. Dado que las eficiencias de conversión de la energía térmica aumentan con un incremento de la temperatura −algo bien conocido gracias a la Segunda Ley de la Termodinámica−, la tendencia en la investigación es mejorar la tecnología de la torre del receptor central para aumentar las temperaturas de conversión a alrededor de 700º-800º C. Y dado que no es práctico usar vapor de agua a temperaturas tan elevadas, el objetivo actual es encontrar un sustituto para el vapor de agua y utilizar en su lugar sales fundidas como elemento de almacenamiento del calor. En los concentradores de torre como los de la primera figura de este artículo, una mezcla de nitratos de sodio y potasio son calentados hasta alcanzar los 600-800ºC. Estas sales fundidas son luego almacenadas en unos depósitos aislados térmicamente en el suelo. A continuación, la forma de obtener electricidad es la habitual: las sales fundidas son derivadas hacia un intercambiador de calor que produce vapor de agua, que al dirigirlo a alta presión hacia una turbina, produce energía eléctrica.
En los próximos años veremos un aumento de estas centrales en países muy soleados, aunque para alcanzar a la fotovoltaica se deberán reducir los costes de manera significativa.
Ignacio Mártil
Catedrático de Electrónica de la Universidad Complutense de Madrid y miembro de la Real Sociedad Española de Física
Autor del libro Energía solar: De la utopía a la esperanza (Análisis y crítica)
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