Uno de los primeros requisitos a la hora de diseñar una central termosolar consiste en estimar el coste del campo solar.
Los principales elementos que van a influir en dicho coste van a ser los colectores solares, el sistema de control, el sistema de tuberías, las bombas y los cambiadores de calor.
La configuración que finalmente se disponga para el campo solar es muy importante, ya que las tuberías de interconexión pueden suponer hasta un 10% del coste de inversión. Dichas tuberías afectan también al funcionamiento del campo. La potencia de bombeo que se requiere para dicho sistema constituye una de las pérdidas parásitas más importantes. Además, aunque en menor medida, las pérdidas de calor en dichas tuberías van a reducir la potencia térmica útil que puede aportar el campo solar.
Para optimizar dicho sistema, es necesario encontrar la velocidad óptima a la que debe de circular el fluido de trabajo a través de ellas. Esta velocidad dependerá del tipo de fluido utilizado: aceite, sales fundidas o agua-vapor. El diseño óptimo de las tuberías colectoras que distribuyen el fluido de trabajo a lo largo del campo solar, consiste en ir cambiando su diámetro conforme va variando su caudal másico, de forma que la velocidad se mantenga siempre constante. De esta forma, la tubería colectora que va distribuyendo el fluido frío, va disminuyendo su diámetro, mientras que la tubería colectora que recoge el fluido caliente procedente de los lazos de colectores va aumentando su diámetro.
La disposición óptima del sistema de tuberías será aquélla que haga que los siguientes tres elementos tomen valores mínimos:
– El coste de inversión en tuberías, aislantes y soportes.
– El coste equivalente en pérdidas térmicas a través del aislante.
– El coste equivalente de energía eléctrica necesaria para el bombeo.
Parece claro que, cuanto menor recorrido tenga el sistema de tuberías, menores serán los elementos antes citados, aunque también hay que tener en consideración el volumen de caudal a mover en cada caso.
De forma genérica, se puede decir que existen dos posibles configuraciones del campo solar: la configuración en “H”, para campos con un área de colectores mayor que 400.000 m2, y la configuración en “I” para campos con un área de colectores menor que 400.000 m2. En las centrales de configuración en “I”, el campo solar se divide en dos secciones (este y oeste), con el bloque de potencia localizado en el centro.
La tubería del fluido frío, en paralelo con la tubería de aceite caliente, recorre el campo en dirección esteoeste, disminuyendo su diámetro conforme distribuye el fluido en los diferentes lazos, para mantener constante su velocidad. De forma parecida, la tubería colectora caliente va aumentando su diámetro conforme va recogiendo el fluido procedente de los lazos.
En la actualidad las centrales termosolares en España, todas ellas han tratado o tratan de adaptarse a la configuración “H”, salvo las plantas de Acciona, que asemejan su distribución en planta a la central de Nevada. Un ejemplo de campo solar con configuración en “H” lo representa la planta de Andasol, con un área de colectores de 510.120 m2. En este tipo de configuración el campo se divide en 4 secciones, con el bloque de potencia colocado en el centro del campo. Las tuberías colectoras tienen una dirección E-O, de forma que el eje de los colectores esté orientado en dirección N-S.
El fluido procedente del bloque de potencia se distribuye a todos los lazos a través de la tubería colectora fría. Esta tubería va disminuyendo su diámetro conforme va distribuyendo el caudal, de forma que se mantenga la velocidad en el circuito. En el lazo, el fluido va aumentando su temperatura conforme recorre la fila de ida, invierte dirección y vuelve al mismo punto, donde es recogido por la tubería colectora caliente. La pérdida de carga del fluido cuando llega al lazo más externo es la que va a condicionar la presión de entrada en todos los lazos, mediante válvulas, ya que en todos ellos se intenta que haya la misma pérdida de presión.
La presión habitual para este tipo de centrales es la siguiente:
– A la salida de las bombas (15 – 30 bar).
– A la entrada al campo solar (14 –28 bar).
– A la salida del campo solar (10 –15 bar).
Este es uno de los aspectos más a tener en cuenta en la fase de mantenimiento del campo solar de una central termosolar. Los colectores norte-sur fríos son los encargados de distribuir el aceite proveniente de las bombas principales al norte y sur del campo solar. Estos colectores disponen de una válvula de aislamiento con sus respectivas líneas de distribución y unas válvulas de alivio térmico, así como varios venteos y drenajes para el llenado y vaciado de la línea. Una vez el fluido caloportador esté caliente, pasa a los colectores nortesur calientes. La configuración de estos colectores es similar a la anterior.
Para el arranque y puesta en marcha de la central, se dispone de una línea de “bypass” con su respectiva válvula de aislamiento entre los colectores norte-sur fríos. Los colectores este-oeste fríos son los encargados de distribuir el aceite proveniente de los colectores nortesur al resto de lazos del sistema. Constan de una válvula de control motorizada a la entrada para controlar el caudal que entra a cada sector y tres válvulas de aislamiento con sus respectivas líneas así como válvulas de alivio térmico. La configuración tipo dispone de los transmisores de temperatura y de presión que permiten controlar el caudal mediante un algoritmo de control.
Los colectores este-oeste calientes por el contrario, son los encargados de recoger el aceite caliente proveniente de los lazos de cada sector y devolverlo a la isla de potencia. Estos colectores constan de una válvula motorizada todo/nada a la salida y tres válvulas de alivio térmico en sus respectivas líneas. El sistema de bombeo está compuesto por una serie de grandes bombas encargadas de hacer circular el aceite térmico por toda la planta.
Frank Rodríguez Trouwborst, Sialsol Energia Solar.
