El proyecto europeo Mosaic -impulsado por el Centro Nacional de Energías Renovables (CENER), que ha actuado como coordinador técnico, y liderado por el centro tecnológico y miembro de la Basque Research and Technology Alliance (BRTA) Tekniker– ha trabajado durante cinco años en el desarrollo y la validación de un nuevo concepto de planta CSP (Concentrated Solar Power) con menores gastos de construcción y operación. Como resultado, se ha construido un prototipo de módulo de 300 kW térmicos en las instalaciones de CENER en Navarra, cuyos ensayos de validación han comenzado recientemente.
Se prevé que el sol podría ser la mayor fuente de electricidad del mundo en 2050 y, en concreto, la electricidad termosolar producida por los sistemas CSP podría proporcionar más del 10% de la electricidad mundial a mediados de siglo y así evitar la emisión de miles de millones de toneladas de CO2 cada año.
De esta manera, la CSP o energía solar termoeléctrica es un tipo de energía solar térmica que se postula como alternativa para generar electricidad de manera sostenible, gestionable y eficiente. Este tipo de centrales ya son una realidad en el mercado eléctrico español, pero el alto coste asociado a su instalación y mantenimiento ha frenado su crecimiento y expansión en Europa.
Estas plantas se basan en complejos y costosos sistemas de seguimiento del sol para maximizar la eficiencia de conversión. Hasta la fecha, todas las instalaciones utilizan espejos o reflectores móviles para concentrar y enfocar la energía en algún tipo de receptor solar estacionario. No obstante, una gran cantidad de pequeños concentradores esféricos fijos que reflejen perfectamente la luz del sol sin necesidad de seguimiento gracias a sus propiedades ópticas excepcionales podrían mejorar su coste y eficiencia.
En este contexto, el proyecto Mosaic nació para desarrollar y validar un nuevo modelo de planta CSP con rendimientos similares, pero menores costes de construcción y operación que las actuales instalaciones de este tipo. Se trata de un concepto de planta modular en la que cada módulo se compone de un concentrador esférico fijo y un receptor móvil (SRTA, Stationary Reflector/Tracking Absorber).
Esta iniciativa estaba dirigida inicialmente a la generación de electricidad, pero también ha trabajado en la identificación de posibles aplicaciones en materia de generación de calor industrial sin emisiones. Para ello, ha contado con un presupuesto total de 5.077.733,75 euros, financiado en su totalidad por el programa Horizonte 2020 de la Unión Europea.
Concentradores esféricos fijos
El proyecto Mosaic ha aplicado una gran cantidad de concentradores esféricos fijos de pequeñas dimensiones en un diseño modular innovador para obtener ahorros significativos de costes, así como ventajas técnicas y prácticas.
“Cada módulo capta, concentra y transfiere la energía del sol hacia el fluido de transferencia de calor. Los módulos suministran su carga térmica hacia el sistema de almacenamiento que, a continuación, la envía hacia un único bloque de generación de alta capacidad (más de 1 GW) que genera la electricidad de forma centralizada”, explica Cristóbal Villasante, coordinador de Energías Renovables de Tekniker.
Cuanto menor es la distancia entre el concentrador solar y el receptor respecto a las tecnologías típicas de torre solar, mayor es la eficiencia de recolección de la energía y menores son la atenuación atmosférica y la precisión necesaria en las tecnologías de seguimiento.
Además, el uso de menos partes móviles disminuye los costes del campo solar, por lo que se reducen los gastos de capital, a la vez que se garantizan la eficiencia y la fiabilidad, así como se rebaja el coste final de la generación de electricidad.
Resultados del proyecto Mosaic
Mosaic ha culminado con la construcción de un prototipo de módulo de 300 kW térmicos en las instalaciones de CENER en Navarra, cuyos ensayos de validación acaban de comenzar con el objetivo de mejorar la tecnología y allanar el camino para su comercialización. El pasado 25 de noviembre de 2021, el consorcio del proyecto celebró su evento final, tanto de manera online como en las instalaciones de CENER, para dar a conocer este prototipo.
Tekniker, que ha liderado un consorcio integrado por socios procedentes de España, Alemania, Francia, Dinamarca, República Checa e Italia, ha ideado e implementado un innovador sistema de posicionamiento del receptor móvil basado en cinemática paralela y fotogrametría multivista, que opera mediante el accionamiento de ocho cables de longitud variable (entre 5 y 35 metros) distribuidos en cuatro torres de tiro de alrededor de 20 metros de altura.
El centro tecnológico también ha desarrollado un novedoso sistema de control de caudal para el receptor, que proporciona un control más preciso de la temperatura a la salida del mismo.
Según el coordinador del proyecto, este sistema de posicionamiento permite resolver el reto que suponía desplazar el receptor a lo largo del día sobre los concentradores, garantizando altas concentraciones de energía solar y, por lo tanto, altas temperaturas y eficiencias.
Asimismo, como los campos solares fijos evitan los gastos asociados a los dispositivos de seguimiento y permiten el uso de estructuras más económicas para soportar los espejos, esta tecnología ofrece un gran potencial de reducción de costes de inversión, operación y mantenimiento.
La modularidad del concepto de planta Mosaic le confiere la capacidad de dar una misma solución a diferentes tamaños de planta variando el número de módulos, que se agrupan compartiendo un mismo bloque de potencia y sistemas de almacenamiento comunes. Entre otras cosas, esto permite plantear instalaciones de potencias altas conservando las ventajas de las de tamaño pequeño, como la baja atenuación atmosférica y requerimientos de precisión menos restrictivos.