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Termosolares

Sistemas que Componen una Planta Termosolar

ÍNDICE:

1. EL CAMPO SOLAR.

2. EL SISTEMA HTF.

3. EL  CICLO AGUA-VAPOR.

4. LA TURBINA DE VAPOR.

5. EL BOP.

6. SISTEMAS ELÉCTRICOS.

1. EL CAMPO SOLAR.

Es el formado por los espejos encargados de captar la luz solar y reflejarla hacía un punto por donde circula el aceite térmico a calentar. Actualmente existen cuatro sistemas de captación

1.1 Torres centrales.

Figura 1. Torre Central.

1.2 Disco Stirling.

Figura 2. Planta solar por Discos Stirling.

1.3 Fresnel.

Figura 3. Planta tipo Fresnel.

1.4 Cilindro-parabólicos.

Figura 4. Planta tipo Cilindro-parabólicos.

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2. EL SISTEMA HTF.

La función principal del sistema HTF es transportar el calor captado por los concentradores hasta el ciclo agua-vapor, para que este pueda generar vapor con el que accionar la turbina.

La razón fundamental por la que se elige el aceite térmico es porque tiene que circular por el campo solar, si fuera agua, a esa temperatura tendría que tener una gran presión, lo que encarece todo el sistema, ya que se deben emplear tuberías más resistentes y bombas más potentes.

El sistema puede tener almacenamiento en cuyo caso habría que sobre dimensionar el campo de captadores solares para derivar parte del calor a los depósitos de sales o sin almacenamiento.

Tabla 1. Parámetros característicos del sistema HTF.

El campo de colectores esta formado por una gran cantidad de tuberías encargadas de transportar el aceite térmico a todos los sistemas que componente el HTF, son tuberías de acero al carbono, recubiertas de aislante y con una superficie final de chapa galvanizada, parte de las tuberías están traceadas, las principales características con las que se puede describir las tuberías del campo solar son las siguientes:

1)     Están sometidas a fuertes variaciones de temperatura (dilataciones y tensiones térmicas).

2)     Circulan dos tuberías en paralelo, la del fluido frío y la del caliente.

3)     Cada lazo tiene una conexión a la tubería fría (entrada)  y otra a la caliente (salida).

4)     Necesita “liras” para absorber las dilataciones, más o menos una cada 70 metros .

5)     Necesitan juntas de dilatación en determinados puntos para absorber dilataciones.

6)     No puede ir traceada, por coste, ya que son muchos kilómetros.

7)     Para evitar la congelación es necesario hacer circular el aceite de forma continua, evitando a  toda costa que se quede retenido.

8)  Las uniones no pueden ir con bridas, van con soldaduras para evitar fugas, lo que implica mantenimiento.

Figura 5. Campo de colectores.

El sistema HTF esta compuesto por los siguientes subsistemas:

1)      Sistema de bombeo principal.

2)      Sistema de ullage.

3)      Sistema anti-congelación.

4)      Sistema de nitrógeno.

5)      Tanques de expansión.

6)      Sistema de almacenamiento de sales (TES).

7)      Caldera auxiliar.

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3. EL  CICLO AGUA-VAPOR.

3.1 Función del ciclo agua-vapor.

La principal función del ciclo agua-vapor es transportar vapor desde el tren generador hasta la turbina de vapor, y retornar hasta la caldera el agua condensada.

Se utiliza vapor como fluido calor-portador principalmente  porque es un fluido barato y accesible en casi cualquier parte, es posible ajustar con gran precisión su temperatura, por la relación existente entre presión y temperatura, controlando ésta a través de válvulas reguladoras, es capaz de transportar grandes cantidades de energía con poca masa y es capaz de realizar ese transporte a cierta distancia, entre los puntos de generación y consumo.

Los principales inconvenientes de usar vapor de agua son, sus altas presiones, necesita de un tratamiento muy estricto para que no sea corrosivo ni produzca incrustaciones y es necesario un gran volumen.

3.2 Principales elementos del ciclo agua-vapor.

1) Válvulas de bypass.

2) El condensador.

3) Extracciones de la turbina.

4) Precalentadores.

5) El desgasificador.

6) Bombas de alimentación a la caldera.

7) Bombas de condensado.

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 4. LA TURBINA DE VAPOR.

Figura 6. Turbina de vapor.

La turbina de vapor es un equipo sencillo, y como máquina industrial, es una máquina madura, bien conocida y muy experimentada. Se conoce casi todo de ella. Más del 70 % de la energía eléctrica generada en el mundo se produce diariamente con turbinas de vapor.

El funcionamiento es muy sencillo: se introduce vapor a una temperatura y presión determinadas y este vapor hace girar unos álabes unidos a un eje rotor; a la salida de la turbina, el vapor que se introdujo tiene una presión y una temperatura inferior. Parte de la energía perdida por el vapor se emplea en mover el rotor. Necesita también de unos equipos auxiliares muy sencillos, como un sistema de lubricación, de refrigeración, unos cojinetes de fricción, un sistema de regulación y control, y poco más.

La turbina es un equipo tan conocido y tan robusto que si no se hacen barbaridades con él tiene una vida útil larga y exenta de problemas. Eso sí hay que respetar cuatro normas sencillas:

1)    Utilizar un vapor de las características físico-químicas apropiadas.

2)  Respetar las instrucciones de operación en arranques, durante la marcha y durante las paradas del equipo.

3)    Respetar las consignas de protección del equipo, y si da algún síntoma de mal funcionamiento (vibraciones, temperaturas elevadas, falta de potencia, etc.) parar y revisar el equipo, nunca sobrepasar los límites de determinados parámetros para poder seguir con ella en producción o incluso poder arrancarla.

4)    Realizar los mantenimientos programados con la periodicidad prevista.

Son normas muy sencillas, y sin embargo, casi todos los problemas que tienen las turbinas, grandes o pequeños, se deben a no respetar alguna o algunas de esas 4 normas.

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5. EL BOP.

El BOP (balance of plant) está compuesto por todos aquellos sistemas auxiliares que forman parte de una central termosolar, que son imprescindibles para el correcto funcionamiento, pero que no forman parte del tren de potencia, la caldera, el ciclo agua vapor y los sistemas eléctricos. Por tanto, el BOP está compuesto por toda una serie de sistemas muy heterogéneos, que asisten a los sistemas principales.

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6. SISTEMAS ELECTRICOS.

Los sistemas eléctricos de las centrales termosolares son iguales al resto de centrales, un generador acoplado a la turbina, y un transformador para adecuar la tensión del generador a la tensión de red. En la figura 7 se puede ver un resumen.

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Figura 7. Esquema sistema eléctrico de producción y distribución.

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