La Reducción de Costes en las Centrales Termosolares

Autor: Eduardo Zarza-PSA-CIEMAT

Con el fin de evitar posibles confusiones en el lector no especializado en estas tecnologías, parece oportuno empezar aclarando la diferencia fundamental existente entre las centrales fotovoltaicas y las centrales termosolares. Su principal diferencia es que mientras en las centrales fotovoltaicas la radiación solar es utilizada para generar electricidad directamente en las placas o módulos fotovoltaicos, en las centrales termosolares la radiación solar es primeramente concentrada y convertida en energía térmica, usando posteriormente dicha energía térmica para producir electricidad a partir de un ciclo termodinámico. Así pues, en una central termosolar la radiación solar es previamente convertida en energía térmica. En esta doble conversión, primero a energía térmica y después en electricidad, radica en buena medida la mayor complejidad de las centrales termosolares si se comparan con las centrales fotovoltaicas.

A principios del año 2016 existían en el Mundo centrales termosolares en operación rutinaria con una potencia total instalada cercana a los 5 GWe, mientras que los proyectos en construcción o promoción suponían una potencia total similar. Teniendo en cuenta el tiempo medio de construcción de una central termosolar comercial (unos 2 años, dependiendo de su tamaño), esto indica que la potencia total instalada para finales del año 2018 será del orden de 10 GWe.

La rapidez con la que aumentará en los próximos años la potencia total instalada de centrales termosolares, depende en gran medida de hasta qué nivel se logre reducir el coste de la electricidad de origen termosolar. Aunque es cierto que en los últimos años ya se ha conseguido una importante reducción de costes, y buena prueba de ello es el precio medio del PPA de las centrales NOOR-II y III que actualmente se están construyendo en Marruecos (150€/MWh), debemos tener presente los bajísimos costes que presenta ya hoy en día la electricidad de origen fotovoltaico. Hace solamente unas semanas se anunciaba la planta fotovoltaica que ha sido adjudicada por la Dubai Electricity and Water Authority (DEWA) a la oferta presentada por la empresa ACWA Power, con un precio inferior a los 30 €/MWh, para la próxima planta fotovoltaica del parque solar Mohammed bin Rashid Al Maktoum. Este precio es tan solo el 20% del PPA de las plantas NOOR-II y III. Aunque es cierta la ventaja innegable que representa la gestionabilidad (capacidad de producir electricidad cuando no hay radiación solar) de las centrales termosolares, gracias a sus sistemas de almacenamiento térmico, así como su gran impacto dinamizador en la economía de la zona donde se instala una central termosolar, no es posible compensar hoy en día con estas ventajas esta gran diferencia en el coste del kWh producido. Es por este motivo que el principal reto con el que se encuentran actualmente las centrales termosolares es la necesidad de conseguir con rapidez una importante reducción de costes.

La figura siguiente muestra el proceso y los elementos que intervienen en la reducción de costes de las centrales termosolares. De todos los que intervienen en el proceso, el despliegue comercial (instalación de nuevas centrales termosolares) es el que juega un papel más importante, pues es precisamente dicho despliegue el que permite al sector adquirir la experiencia y el conocimiento práctico necesario para desarrollar su curva de aprendizaje. Sin despliegue comercial, la experiencia y el conocimiento acumulado por la industria desaparece, al verse obligadas las empresas a trabajar en otros campos donde haya actividad comercial. Sin despliegue comercial, son los centros de I+D los que mantienen el germen de la tecnología, promoviendo mejoras y avances que tardan en tener un repercusión importante en el coste, pues sin despliegue comercial dichas mejoras no pueden implementarse, salvo las directamente relacionadas con la operación y mantenimiento de las centrales ya existentes.

 

Como se muestra en la figura, la curva de aprendizaje influye en la reducción de costes mediante tres mecanismos diferentes:

  1. Implantando directamente en las nuevas centrales aquellos resultados y conocimiento fruto de la experiencia con las centrales existentes y que no necesitan un desarrollo adicional. Ejemplos de esta vía son las mejoras en los procedimientos de operación y mantenimiento que son fruto de la operación y mantenimiento de las centra existentes. Otro ejemplo son las mejoras en los procedimientos de ensamblaje de los concentradores solares, detectadas durante el montaje de centrales anteriores
  2. Introduciendo en los procesos de escalado la experiencia previa obtenida con elementos de menor tamaño. En las centrales termosolares que se están construyendo actualmente se ha puesto de manifiesto lo beneficioso que resulta, desde el punto de vista de la reducción de costes, un aumento del tamaño de las centrales, así como de los propios concentradores solares. Este aumento de tamaño debe hacerse siempre basándose en la experiencia previa con centrales y elementos de menor tamaño, evitando dar saltos excesivamente grandes. En el proceso de escalado hay que ser muy cautelosos para no pasar por alto efectos secundarios adversos que pudiera tener el aumento de tamaño. Un ejemplo de esto es el aumento de tamaño de campos de captadores cilindroparabólicos, en los que al aumentar el tamaño también se aumentan las dificultades de control hidráulico del campo para mantener un caudal lo más uniforme posible en todas las filas de captadores que componen el campo solar. También debe tenerse en cuenta a la hora de aumentar de tamaño los receptores centrales la mayor complejidad del control de dicho receptor, tanto en lo relacionado con el perfil de flujo de radiación sobre el mismo, como con el control del caudal en los diversos paneles que componen el receptor.
  3. Sirviendo de base para las actividades de I+D. Cualquier nuevo desarrollo o innovación debe basarse en la experiencia previa, pues de lo contrario sería como construir una casa exenta de cimentación. En esta vía, es necesaria una fructífera colaboración entre el sector industrial, aportando su experiencia, y los centros de I+D aportando sus instalaciones experimentales y sus conocimientos científico-técnicos..

 

Analizando globalmente el gráfico de la figura, y teniendo en cuenta que ya hoy en día se ha realizado un proceso de escalado importante, construyendo centrales termosolares de incluso más de 200 MWe de potencia unitaria, y desarrollando heliostatos de más de 150m2 y captadores cilindroparabólicos con un área de captación superior a los 2000 m2, parece que la mayor reducción de costes puede alcanzarse mediante dos vías principalmente:

  1. con nuevos desarrollos que sean fruto de proyectos de I+D+i (nuevos fluidos de trabajo, nuevos ciclos de potencia, nuevos reflectores con menos requerimientos de lavado, nueva turbomaquinaria especialmente diseñada para los requerimientos de las centrales termosolares, etc..), y
  2. a partir de la curva de aprendizaje fruto de un despliegue comercial sostenido en el tiempo y de suficiente importancia.

 

Ambas vías requieren del apoyo público, en un caso apoyando financieramente las actividades de I+D+ì (las cuales deben contar con la aprobación del sector industrial para que quede garantizada la utilidad de los resultados perseguidos), y en el otro caso apoyando el despliegue comercial con ayudas que permitan compensar la diferencia de costes entre la electricidad termosolar y la convencional, hasta que se haya desarrollado la curva de aprendizaje suficientemente y se consiga reducir los costes hasta el nivel requerido.

El objetivo de coste marcado por ESTELA (la asociación europea de la electricidad termosolar) es conseguir en el año 2020 un coste de 100 €/MWh para centrales termosolares con almacenamiento térmico instaladas en países del Sur de Europa, con una insolación anual debida a la radiación solar directa de unos 2055 MWh/m2·año. Un pre-requisito para poder conseguir este objetivo, según ESTELA, es que se alcance una potencia total instalada en el Mundo de 30 GWe. Este pre-requisito es de enorme importancia, por la curva de aprendizaje que conllevaría, pero está siendo obviado en muchos documentos oficiales en los que se recuerda el objetivo de reducción de costes marcado por ESTELA, pero se omite en dichos documentos que alcanzar una potencia total instalada de 30 GWe es un pre-requisito definido claramente por ESTELA:

Como se ha puesto de manifiesto al principio de este Post, parece razonable esperar que la potencia total instalada a nivel mundial sea de unos 10-12 GWe en el año 2020. Si somos muy optimistas, podríamos incluso pensar en 15 GWe, pero en cualquier caso parece claro que la cifra que se alcanzará en el año 2020 será muy inferior a la pedida por ESTELA para poder alcanzar el objetivo de reducción de costes. De acuerdo con todo esto, parece lógico pensar que no se logrará el objetivo de costes marcado para 2020. Pero a pesar de esto se sigue indicando en documentos oficiales, muchos de ellos emitidos por la Comisión Europea, que el sector termosolar ofrece conseguir un coste de 100 €/MWh en el año 2020, para centrales instaladas en el Sur de Europa, y no se hace referencia a la condición de que se logre alcanzar una potencia total instalada en el Mundo de 30 GWe

Personalmente me preocupa esta situación, pues se está poniendo toda la atención en el objetivo de costes, mientras se ignora, o al menos eso es lo que parece, algo tan importante como que para lograrlo será necesario un despliegue comercial que en estos momentos no parece que vaya a darse, ni mucho menos, para el año 2020. Es innegable el gran potencial de reducción de costes que tiene la electricidad termosolar, pero debemos ser realistas y no poner objetivos imposibles de lograr debido a su plazo excesivamente corto, pues ello no hará sino dañar al sector y perder credibilidad de cara al futuro. Debemos pedir que al sector de la electricidad termosolar se le permita desarrollar adecuadamente su curva de aprendizaje, como ya está haciendo y como anteriormente han hecho otras tecnologías que empezaron mucho antes su despliegue comercial, como la eólica y la fotovoltaica, pero sin plantear atajos artificiales y ficticios que no conducirían a ningún buen puerto.

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