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ENERGÍA SOLAR TERMOELÉCTRICA
ING. MARÍA ROSA TORRES RODRIGUEZ
DIVISIÓN EPM, COORDINADORA DE INGENIERÍA.
CENTUM SOLUTIONS
¿Operar una planta termosolar…
ciencia o arte?
Si consideramos ciencia como el conjunto de conocimientos sistemáticamente estructurados
obtenidos por observación de patrones regulares, de razonamientos y de experimentación,
de construir hipótesis, deducir principios para luego elaborar leyes generales y esquemas
metódicamente organizados, y el arte como la aplicación de vivencias y habilidades tanto de
quienes lo practican como de quien lo observa, para generar experiencias que van desde el
ámbito intelectual, emocional y hasta a veces intuitivo, la habilidad de un operador sería entonces
la capacidad técnica y funcional que lo califica profesionalmente para operar correctamente una
planta de energía termosolar.
Tabla 1.
E
sto es, detectar similitudes y diferencias entre etapas de operación,
rápida y repetidamente ajustando
controles, detectando cuando algo no
está bien aunque ello no implique saber
resolverlo, leer e interpretar los valores que
se reportan en los paneles de medición y
control, recopilar datos y registros de operación, con el propósito de construir lo que
será la historia operacional de la central
termosolar.
De acuerdo a la regulación gubernamental en España, las horas máximas equivalentes aceptadas, según tecnología son las
que aparecen en la tabla 1.
Siendo una distribución típica de horas/
año por diferentes niveles de carga, en España (sin almacenamiento) la que aparece
en el gráfico 1.
Es importante que el operador conozca
cómo controlar un campo solar. El control
de la temperatura de salida del campo solar es crítico para optimizar la operación
del campo solar.
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Gráfico 1.
Lo principal es estabilizar la temperatura
de salida en 400˚C. Para realizar el control
sobre esta temperatura, en la conexión del
colector principal con cada uno de los cuadrantes, se instala caudalímetro y válvula
de control, vigilando que la temperatura
del fluido no supere los 400˚C para evitar que se degrade. Para ello se dispone
de una válvula de corte automática en la
conexión de los últimos lazos de cada cuadrante con el colector frio.
El control sobre la temperatura se realiza,
cuando ocurren los siguientes eventos:
sCuando la radiación sea superior al valor
de diseño de la planta.
sCuando circule el caudal total del fluido
térmico HTF por las bombas principales
del circuito de HTF.
sA través del último colector, desenfocando lazos.
sDesenfocando los lazos que contengan
las válvulas de corte automática, cerrando las válvulas y desenfocando el colector.
sCuando se quiere distribuir el caudal
de HTF en cada cuadrante ajustar la
operación mediante válvulas de control.
Si el valor de irradiación solar es inferior al valor de diseño, se deben considerar las siguientes acciones:
sSuministrar el caudal de fluido HTF a
todos los lazos, con la limitación de mínimo caudal a cada colector.
sEl caudal total de fluido térmico HTF
se reduce mediante la reducción de velocidad de las bombas principales del
circuito de HTF, hasta alcanzar la temperatura de salida del campo.
sLa distribución de caudal en cada cuadrante se ajusta mediante la operación
de las válvulas de control.
sSe arrancan las calderas auxiliares si es
posible (considerando que el consumo
de gas natural está limitado al 15%
de la energía total, de acuerdo al RD
– 2351/2004 que permite el uso de un
combustible).
energética
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Modos de operación del campo
solar
sOperación diurna. El campo solar se
despliega cuando existe suficiente radiación, el fluido térmico circula por el
interior de los colectores, calentándose
y siendo conducido al sistema de generación de vapor.
sModo stand by. Cuando no es posible
el seguimiento solar, por la noche, o
cuando no existen condiciones climatológicas se aconseja no operar la planta,
el campo solar se lleva a una posición
de almacenamiento, para proteger los
colectores.
sModo anti congelación. El sistema aspira el fluido térmico HTF, desde el tanque
de expansión a través de las bombas de
aspiración del sistema de anti congelación, haciéndolo pasar a través de las
calderas de gas natural. Este modo ocurre en una parada prolongada y para
asegurar evitar la congelación del HTF.
sModo mixto. Se trata de un modo de
energética
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funcionamiento mixto entre los dos anteriores y que se da cuando hay un valor
de irradiación solar insuficiente. En este
caso parte del caudal del HTF se desviará
a través de las calderas de gas para así
conseguir a la entrada del intercambiador de calor el caudal y temperatura del
HTF requerido.
Modo de operación de turbina de
vapor
sModo de generación. Este modo tiene
como misión exportar la máxima cantidad de energía eléctrica. Parte de la
electricidad generada por el generador
de turbina pasa a red eléctrica pública,
mientras que el resto se necesita para
cubrir la demanda interna de planta.
sModo de puesta en marcha. Cuando
no hay generación de electricidad desde planta, como es el caso de puesta
en marcha o arranque de planta, es necesario importar electricidad de la red.
La electricidad importada pasará por el
transformador del generador y por la
conexión principal del generador activando el transformador auxiliar de la
unidad. Cuando el generador se ponga en marcha y haya suficiente energía
eléctrica disponible, el sistema podrá
pasar al modo de generación.
sModo de funcionamiento sin turbogenerador. Este modo puede darse si el
generador detiene su funcionamiento a
carga parcial o completa de la planta.
En dicho caso, el flujo de energía hacia
el transformador del generador se invertirá de forma inmediata y se importa
energía de la red eléctrica pública.
sModo de funcionamiento en caso de
apagón. Un apagón total se produce
cuando se da un corte eléctrico inesperado en la red eléctrica pública y no hay
salida eléctrica desde el turbogenerador
de la central. En tales condiciones, las
cargas críticas siguen recibiendo alimentación de las baterías CC y de los inversores.
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Modos de operación de central
termosolar
sModo de arranque de planta. Es el proceso de puesta en servicio de los diferentes equipos que componen el BOP,
sistemas auxiliares para llevar al grupo
previamente inactivo a condición de producción. Para el arranque hay que considerar que hay dos tipos: arranque en frío
y arranque en caliente. La diferencia básica entre estos dos modos de arranque es
la temperatura del aceite térmico HTF al
inicio del proceso de arranque.
sEn un período de mala radiación solar
(lluvias, por ejemplo) y dependiendo del
número de días que haya estado la planta inoperativa, al inicio de la mañana se
necesitará precalentar el aceite térmico
HTF a través de calderas auxiliares de
gas natural para luego introducirlo en el
sistema de campo solar y así reducir el
tiempo de arranque de la planta.
sModo de producción de planta. Es el
modo en que la planta se encuentra suministrando energía a la red eléctrica. Los
transitorios de la radiación son absorbidos
por el campo solar, por su gran inercia térmica y el resto por el ciclo de potencia.
Esta inercia térmica es consecuencia del
calentamiento y enfriamiento de las tuberías del campo solar, y de la gran cantidad
de aceite que hay contenido en ellas.
sParada. Los colectores cilindro parabólicos se encuentran en posición de abatimiento, los sistemas de traceado eléctrico se encuentran en automático. El
sistema de expansión se encuentra en la
presión mínima necesaria para permitir el
arranque en cualquier momento de las
bombas principales de aceite térmico. El
sistema de alimentación de nitrógeno se
encuentra activo. El sistema de generación de vapor se encontrará aislado por
la parte del aceite térmico tan solo en la
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entrada. Por la parte del vapor se encontrará con el nivel del agua en los evaporadores y embotellado por la salida, pudiendo estar presurizado en función del
calor remanente.
sParada prolongada. Los colectores se encuentran en posición de abatimiento, el
sistema de traceado eléctrico se encuentra en automático excepto en aquellos circuitos que hayan sido drenados de aceite
térmico de HTF. El sistema de generación
de vapor se encuentra vacio o energizado.
sModo anti congelamiento – Los colectores cilindro se encuentran en posición de
abatimiento. El sistema de traceado eléctrico en automático. El sistema de calentamiento auxiliar de aceite térmico activo
de forma que en cualquier momento se
pueda arrancar algún modulo y hacer circular aceite térmico a través del circuito de
aceite.
sSincronización de turbina. Cuando se
establezcan las condiciones mínimas de
operación para el vapor, se procederá a la
sincronización de la turbina y el generador con la red, generando un mínimo de
potencia eléctrica.
sProducción modo solar. Los colectores se
encuentran en posición de seguimiento
solar, el grupo de bombeo principal está
en marcha y el caudal de aceite térmico
será tal que la temperatura de salida del
campo sea la de consigna (393˚C). El sistema calentador auxiliar de aceite aportara aceite térmico caliente en caso de que
se requiera, al sistema de generación de
vapor. Las extracciones de turbina de vapor son establecidas, hasta conseguir las
condiciones de presión y temperatura en
función de la carga térmica que se puede aportar al sistema de generación de
vapor, dándose una producción eléctrica
entre la carga mínima y nominal.
sModo stand by. Todos los colectores se
encuentran realizando el seguimiento solar desfasado. El grupo principal de bombeo de aceite térmico se encuentra en
marcha. Para generar esta energía eléctrica también la planta consume energía
conocida como parasítica, tiene un rango
típico que varía entre 11 y 15% del valor
de diseño de turbina.
Modos de operación donde no se
capta energia
Finalmente, considerar que los operadores
deben conocer los siguientes eventos que
contribuyen negativamente sobre la producción total de planta:
sEnergía no captada cuando se desenfocan los colectores por recibir más energía
de la necesaria para producir a plena carga (rechazo).
sEnergía no captada cuando en el proceso de arranque diario de planta se consume más tiempo de lo establecido (típicamente 1 hora).
sEnergía no captada por tener valores
de irradiación solar bajos, y necesitar un
caudal mínimo inferior al permitido (2
Kg/s) para evitar problemas de flujo laminar, descomposición del HTF y desarrollo
de sólidos en el aceite térmico HTF.
sEnergía no captada por fallas mecánicas
que requieran mantenimiento correctivo
o parada por mantenimiento preventivo
(Típicamente se estiman 10 días de parada de planta, normalmente programado
en diciembre).
De lo expuesto decir, que hay varios grupos de equipos que comandan la operación, diversos modos de trabajo y presencia de transitorios, lo que hace que todavía
la operación de una planta termosolar siga
siendo más un arte que una ciencia toda
vez que se siguen recolectando experiencias y estudiando sus causas y posibles
consecuencias energética
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