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Una iniciativa argentina en energía solar térmica

Tecnología

Por Rodrigo Herrera Vegas
Para lanacion.com

 
 

Conocí en la feria Innovar de hace unas semanas a Martín Sánchez de 33 años, licenciado en Administración en la UBA. Estaba mostrando en un gran LCD un novedoso proyecto de energía solar como los que vimos que hacen los españoles.

Tuve luego la oportunidad de tomar un café con Martín para que me cuente en detalles este fascinante proyecto pensado de manera sustentable en prácticamente todos sus aspectos.

Martín estaba preocupado por la racionalización de electricidad aplicada al noroeste del país en las épocas de calor agobiante. Me contó que muchas fábricas debían cortar la producción para que la Capital Federal pudiera prender sus aires acondicionados. En el 2007, empezó a tratar de encontrar soluciones al problema por el lado de las energías renovables.

Primero analizó la energía fotovoltaica, pero los precios resultaron prohibitivos. La eólica tenía precios más razonables, pero la región no cuenta con vientos suficientemente fuertes o constantes. Terminó por estudiar la energía solar térmica e inspirándose en los proyectos SEGS del desierto del Mojave y en Andasol 1 en España, optando por la versión de espejos cilíndricos parabólicos como la más conveniente y comercialmente explotable.

Luego de haber realizado investigaciones sobre la insolación en la Argentina, encontró una zona en la provincia de Catamarca que recibe más de 2250 kW/m2/año, una insolación con un 15 por ciento superior a los lugares donde están ubicadas las centrales termoeléctricas cilindro parabólicas solares en España.

La energía solar tiene una clara desventaja sobre otras: el sol solo brilla algunas horas por día, lo que hace difícil amortizar la turbina de vapor generadora de electricidad, uno de los componentes más costosos de la central. Para amortizar dicho equipo habría que encontrar una manera para tenerlo en funcionamiento las 24 horas del día. Si bien empleará un sistema de almacenamiento térmico en base a sales fundidas, no se puede lograr mantener el funcionamiento continuo.

"¿Dada la zona, cuál sería la alternativa más ecológica para tener prendida la turbina día y noche?" se preguntó Martín. Tanto el gas como la biomasa podrían ser opciones válidas, aunque escasos en la zona; pero Martín quedó hechizado con las celdas de hidrógeno. La primera dificultad con la que se encontró es que en la Argentina no se genera hidrógeno a gran escala.

El hidrógeno debe ser producido de una fuente renovable para asegurar mayor sustentabilidad al proyecto. Un sistema de celda de combustible que incluye un "reformador de combustible" puede utilizar el hidrógeno contenido en cualquier combustible -desde gas natural hasta etanol, e incluso gasolina-. Debido a que la celda de combustible depende de la química y no de la combustión, las emisiones de un sistema de este tipo serían mucho menores que los procesos de combustión de combustibles más limpios. Por lo tanto, se optó por el etanol que podría provenir de la caña de azúcar, un cultivo común del noroeste del país y que daría la oportunidad de reactivar dicha producción.

Tendríamos entonces una central termoeléctrica funcionando las 24 horas utilizando dos combustibles renovables: la energía solar y un biocombustible reformado a través de una celda de hidrógeno. De esta manera se evitaría la combustión, obteniendo agua destilada como único desecho. Quedaría pendiente resolver la manera de distribuir dicha energía.

Esquema de una planta de energía solar térmica. Foto: sustentator.org
 

Sin embargo la solución a este desafío aparenta ser fácil dada la cercanía con una línea de alta tensión de 220kV conectada a la red interconectada nacional, actualmente utilizada para consumo. Dado que ésta dejará de ser utilizada en el corto plazo se incrementa aún la sustentabilidad del proyecto evitando la fabricación y colocación de toda la infraestructura de distribución.

Detalles técnicos:

1) La central termosolar

La central termosolar que se estudió para esta inversión es de capacidad nominal de 50 Mwh. Los espejos cilindro parabólicos concentrarán la energía del sol en el Tubo absorbedor. Dentro de este tubo circulará un aceite sintético que se calentará hasta los 400°C cuando circule por los espejos. Luego este aceite caliente circulará a través de intercambiadores de calor para generar vapor. El vapor generado será empleado para producir energía a través de una turbina. Este sistema solo funciona durante el período de irradiación solar, además de algunas horas extra que se pueden lograr a través de almacenamiento de sales calientes que se obtienen durante los períodos de mayor irradiación. Al caer el sol el sistema se apaga. La vida media de estos equipos es de 30 años.

Esquema de una celda de hidrógeno. Foto: sustentator.org
 
  • Tamaño de Campo Solar: 550.000 m2
  • Capacidad de Almacenamiento: 1.200 MWht Térmicas para 7,5 horas de operación a plena carga
  • Radiación Directa Anual por metro cuadrado: Valores de la zona superiores a 2250 KWh/m2.año
  • Capacidad de Turbina: 49,9 MWe nominal. Siemens especial de baja temperatura
  • Horas de operación al año: Alrededor de 3700 horas a plena carga
  • Generación anual eléctrica: Mayor 190.000 MWhe
  • Producción de CO2 Evitada: Mayor a 160.000 tm/año
  • Tiempo de ejecución de Obra: 18 a 24 meses

2) Las celdas de combustible

Una Celda de Combustible consiste en un electrolito rodeado de dos electrodos. El Oxígeno pasa sobre un electrodo y el hidrógeno sobre el otro, generando electricidad, agua y calor.

El hidrógeno es alimentado al "ánodo" de la celda de combustible. El oxígeno (del aire) entra a la celda de combustible a través del cátodo. Estimulado por un catalizador, el átomo de hidrógeno se separa en un protón y un electrón, los cuales toman diferentes caminos hacia el cátodo. El protón pasa a través del electrolito. Los electrones crean una corriente separada que puede ser utilizada antes de que regresen al cátodo, para reunirse nuevamente con el hidrógeno y el oxígeno en una molécula de agua.

Foto: sustentator.org
 

Las celdas de combustible de ácido fosfórico (PAFCs) generan electricidad a más de 40% de eficiencia -y cerca del 85% del vapor que estas generan es usado para cogeneración-. Este sistema de cogeneración es mucho más eficiente que la media de las termoeléctricas instaladas. La temperatura de operación se encuentra en el rango 250 a 235° C. Una de las principales ventajas de este tipo de celda de combustible además la de cogeneración mencionada, es que puede utilizar hidrógeno poco puro como combustible.

Las PAFCs, son la tecnología de celda de combustible más madura. Este sistema de generación fue calculado de manera tal de generar 48 Mwh de energía eléctrica directa y 40 Mwh de vapor de 50 Psig y 180°C. Con este sistema se eleva la potencia de la planta conjunta y se incrementan la eficiencia de las capacidades instaladas para generación térmica.

Al mismo tiempo permite balancear la oferta energética convirtiendo al sistema en una planta de generación confiable, sustentable para el mercado mayorista (MEM).

En un principio se espera comenzar a trabajar en base a GLP a granel, siendo ésta la alternativa más lógica por la existencia y disponibilidad de gas. La necesidad diaria será de 7 camiones de 25 toneladas. La provisión del mismo se podrá realizar en el noroeste argentino.

  • Configuración de Planta: 20 equipos DFC3000 de 2,4 Mwh
  • Área de planta: 8000 m2
  • Eficiencia de generación eléctrica: 47% +-2
  • Energía Térmica disponible: 76.000.000 Btu/h
  • Up time: 95%

Emisiones Totales:

  • NOx, kg/MWh: 0,18
  • SOx, kg/MWh: 0,001
  • CO, kg/MWh: 0,9

Según lo que me explicó Martín, el total de generación sería entonces de 100MW, el proyecto tendría un costo aproximado de 550 millones de dólares y a precios actuales de electricidad se amortizaría en unos 18 años. La vida útil de los equipos se calcula en 35 años. La central crearía unos 700 puestos de trabajo durante la construcción y 100 puestos para la operación.

Asimismo, esta planta demandará gran cantidad de etanol, producto de la región, generando grandes necesidades de inversión y trabajo en el sector azucarero. Esta central permitirá a la región abastecerse de energía de forma sustentable y no depender del gobierno central.

Aunque parezca mentira, la ley 26190 se olvidó de la energía solar térmica. Esta ley ayuda a los que generan electricidad de origen eólico pagando 0,015 pesos adicionales por kW y a la solar fotovoltaica con 0,90 pesos por kW pero no hace mención a la energía solar térmica, la gran protagonista en España.

Felicitaciones a Martín y a todos los argentinos que tienen ganas y ponen su esfuerzo en que todos tengamos fuentes de energía más sustentables para las próximas generaciones.

Rodrigo Herrera Vegas es co-fundador de sustentator.org.

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