Por Jason Deign, Barcelona
Las turbinas del ciclo Brayton, usadas comercialmente en reactores de aviones y en otras áreas, presentan unas ventajas considerables sobre los modelos de turbinas que se utilizan en la mayoría de los desarrollos CSP.
Es una tecnología comprobada que no requiere el uso de agua y que puede conseguir hasta dos veces la eficacia habitual del 18% o 19% de las turbinas de vapor, indica Luis Crespo Rodríguez, secretario general de Protermosolar, la Asociación española de la industria solar termoeléctrica.
Él debería saberlo. En los años 80, Crespo formó parte del equipo hispano-alemán que llevó a cabo la que probablemente fuera la primera prueba de un generador de turbina del ciclo Brayton que funcionaba con energía solar, en lo que ahora es el centro de investigación Plataforma solar de Almería perteneciente al Departamento de energía español.
El proyecto GAST usaba un campo de heliostatos para calentar el aire presurizado a nueve atmósferas hasta una temperatura de cerca de 800ºC. Después, se incrementaba a entre 1200ºC y 1300ºC en un proceso de calefacción a gas antes de inyectarlo en la turbina.
El uso del calor residual generado por la turbina en un ciclo combinado permitía que la eficacia general de la planta llegara a cerca del 40%, indica Crespo. “Estamos orgullosos de lo que hemos logrado con el proyecto piloto. Demostramos que este proceso tenía un gran potencial”.
¿Demasiado arriesgado?
"Después llegó la época oscura para la industria solar, entre los 80 y la aparición de una nueva generación de centrales desde 2007. Esta era una opción más arriesgada que la de las turbinas de vapor, que es por lo que la industria optó a pesar de que su rendimiento es menor”.
Sin embargo, señala Crespo, ahora que la CSP está empezando a madurar, “estos conceptos están siendo revisitados. Y tienen mucho potencial”.
Desde luego, el interés en la CSP que funciona con el ciclo Brayton parece estar en un nivel sin precedentes, con varios proyectos piloto anunciados en los últimos meses.
Wilson Solarpower Corporation está planeando usar esta tecnología en los Estados Unidos y la española Abengoa Solar forma parte de un consorcio que avala un proyecto llamado Solugas para “demostrar el buen funcionamiento y el potencial de reducción de costes de un sistema de turbinas híbrido gas-solar”.
En Australia, la Organización de investigación científica e industrial de la Commonwealth (CSIRO, por sus siglas en inglés) está construyendo lo que pretende ser el mayor desarrollo de torre solar con tecnología del ciclo Brayton en el mundo, en el Centro nacional de energía solar en Newcastle.
Con un coste de AUD$5 millones y con la intención de que esté en operación en marzo de 2011, el proyecto piloto de dos años ocupará una extensión de 4,000 m2 y usará 450 heliostatos para calentar el aire hasta temperaturas superiores a 900ºC para hacer funcionar una microturbina de gas de 200 kW comercialmente disponible en una torre de 30 metros.
Disponibilidad de agua
“Hay un número de razones para apoyar el ciclo Brayton -señala James McGregor, director de sistemas energéticos en CSIRO Energy Technology-. Uno de los desafíos de la CSP es que tradicionalmente funciona con ciclos que se basan en el uso de vapor, así que la disponibilidad de agua se convierte en un criterio clave a la hora de seleccionar el emplazamiento”.
“Otro aspecto favorable de la CSP es su capacidad para reducir costes si se quiere sacar provecho de las economías de escala con una tecnología madura”.
Pero, concretamente para los australianos una de las mayores ventajas del Brayton es que, a diferencia de los ciclos de vapor, puede funcionar de manera eficiente en plantas a pequeña escala. “Con el ciclo Brayton se consiguen buenas economías de escala con una potencia de 10 MW”, indica McGregor.
“En Australia, es probable que se use para nuestro sector de recursos. Tenemos muchas instalaciones mineras en algunas de las mejores ubicaciones para energía solar, pero no disponen de agua. En estos lugares estamos compitiendo con generadores diesel, así que no tiene sentido tener centrales enormes”.
McGregor ve la capacidad de Brayton para competir al nivel de generación de energía distribuida como abrir "un importante mercado altamente especializado”. Pero todos los expertos están de acuerdo en que la tecnología tiene que vencer un importante desafío antes de se convierta en comercialmente viable.
Altas temperaturas
“Es difícil obtener las condiciones de funcionamiento que se necesitan para el ciclo Brayton con el sol”, indica el Dr. Pinchas Doron, jefe de tecnología en Aora en Israel, que ha estado operando un proyecto piloto nominal de 100 kW de dicha tecnología desde el pasado verano.
“Los ciclos de vapor funcionan a temperaturas que están algunos cientos de grados por debajo, lo que es una gran diferencia. Cuando necesitas alcanzar estas altas temperaturas tienes un problema”.
Como consecuencia, la mayor parte de la investigación en los actuales proyectos piloto se centra en el modo de lograr y de trabajar con temperaturas lo suficientemente altas. Doron indica que el proyecto piloto de Aora se enfrentó a “muchos desafíos”, entre ellos conseguir centrar la suficiente energía de los heliostatos, pero insiste en que “ahora tenemos soluciones”.
Ahora, la compañía está planeando un proyecto piloto mayor en España, en colaboración con un socio indeterminado, y “el próximo año se verá que algunas de nuestras unidades van más allá de la fase piloto”, afirma Doron.
McGregor, además, piensa que el actual esfuerzo de desarrollo ayudará a resolver el asunto de las temperaturas de funcionamiento de manera inminente. “En un plazo de cinco años habrá una oferta comercial disponible para el mercado”, predice. Así que parece que pronto la CSP tradicional podría tener un nuevo competidor.
Los aerogeneradores de energía eólica no consumen agua, al igual que la energía solar fotovoltaica. En la energía termosolar el consumo de agua es ínfimo comparado con las centrales térmicas de carbón, de ciclo combinado de gas natural o nucleares.
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