Hispanopedia WikiUn reflector Fresnel lineal compacto ( CLFR ), también conocido como reflector Fresnel lineal concentrador , es un tipo específico de tecnología de reflector Fresnel lineal ( LFR ). Su nombre se debe a su similitud con una lente de Fresnel , en la que se combinan muchos fragmentos de lentes pequeños y delgados para simular una lente simple mucho más gruesa. Estos espejos son capaces de concentrar la energía solar hasta aproximadamente 30 veces su intensidad normal . [ 1 ]
Los reflectores Fresnel lineales utilizan segmentos largos y delgados de espejos para concentrar la luz solar en un absorbedor fijo ubicado en el punto focal común de los reflectores. Esta energía concentrada se transfiere a través del absorbedor a un fluido térmico (generalmente aceite capaz de mantenerse en estado líquido a temperaturas muy elevadas). El fluido pasa luego por un intercambiador de calor para alimentar un generador de vapor . A diferencia de los reflectores Fresnel lineales tradicionales, el reflector Fresnel lineal utiliza múltiples absorbedores cerca de los espejos.
Historia
El primer sistema de energía solar con reflector Fresnel lineal fue desarrollado en Italia en 1961 por Giovanni Francia de la Universidad de Génova . [ 2 ] Francia demostró que dicho sistema podía crear temperaturas elevadas capaces de hacer que un fluido realizara trabajo. La tecnología fue investigada posteriormente por empresas como FMC Corporation durante la crisis del petróleo de 1973 , pero permaneció relativamente sin tocar hasta principios de la década de 1990. [ 1 ] En 1993, el primer CLFR fue desarrollado en la Universidad de Sídney y patentado en 1995. En 1999, el diseño del CLFR se mejoró con la introducción del absorbedor avanzado. [ 2 ] En 2003, el concepto se extendió a la geometría 3D . [ 3 ] Una investigación publicada en 2010 mostró que se podían obtener concentraciones más altas y ángulos de aceptación más altos utilizando óptica no formadora de imágenes [ 4 ] para explorar diferentes grados de libertad en el sistema, como variar el tamaño y la curvatura de los heliostatos , colocarlos a una altura variable (en una curva en forma de onda) y combinar el primario resultante con secundarios no formadores de imágenes. [ 5 ]
Diseño
Reflectores
Los reflectores se ubican en la base del sistema y concentran los rayos solares en el absorbedor. Un componente clave que hace que todos los reflectores de Fresnel sean más ventajosos que los sistemas tradicionales de espejos parabólicos es el uso de reflectores de Fresnel. Estos reflectores aprovechan el efecto de lente de Fresnel , que permite un espejo concentrador con una gran apertura y una corta distancia focal, al tiempo que reduce el volumen de material necesario para el reflector. Esto reduce considerablemente el costo del sistema, ya que los reflectores parabólicos de vidrio curvado suelen ser muy caros. [ 2 ] Sin embargo, en los últimos años, la nanotecnología de película delgada ha reducido significativamente el costo de los espejos parabólicos. [ 6 ]
Un desafío importante que debe abordarse en cualquier tecnología de concentración solar es el cambio en el ángulo de incidencia de los rayos solares (los rayos de luz solar que inciden sobre los espejos) a medida que el sol avanza a lo largo del día. Los reflectores de un CLFR suelen estar alineados en dirección norte-sur y giran sobre un único eje mediante un sistema de seguimiento solar controlado por ordenador . [ 7 ] Esto permite que el sistema mantenga el ángulo de incidencia adecuado entre los rayos solares y los espejos, optimizando así la transferencia de energía.
Absorbedores
El absorbedor se ubica en la línea focal de los espejos. Se extiende paralelo y por encima de los segmentos reflectores para transportar la radiación a un fluido térmico de trabajo. El diseño básico del absorbedor para el sistema CLFR consiste en una cavidad de aire invertida con una cubierta de vidrio que encierra tubos de vapor aislados, como se muestra en la Fig. 1. Este diseño ha demostrado ser simple y rentable, con un buen rendimiento óptico y térmico. [ 1 ]
Para lograr un rendimiento óptimo del CLFR, es necesario optimizar varios factores de diseño del absorbedor.
- En primer lugar, debe maximizarse la transferencia de calor entre el absorbedor y el fluido térmico. [ 1 ] Esto depende de que la superficie de los tubos de vapor sea selectiva. Una superficie selectiva optimiza la relación entre la energía absorbida y la energía emitida. Las superficies aceptables generalmente absorben el 96 % de la radiación incidente y emiten solo el 7 % mediante radiación infrarroja. [ 8 ] El cromo negro depositado electroquímicamente se utiliza generalmente por su amplio rendimiento y su capacidad para soportar altas temperaturas. [ 1 ]
- En segundo lugar, el absorbedor debe diseñarse de manera que la distribución de temperatura en la superficie selectiva sea uniforme. Una distribución de temperatura no uniforme acelera la degradación de la superficie. Normalmente, se busca una temperatura uniforme de 300 °C (573 K; 572 °F) . [ 1 ] Las distribuciones uniformes se obtienen modificando parámetros del absorbedor, como el espesor del aislamiento sobre la placa, el tamaño de la abertura del absorbedor y la forma y profundidad de la cavidad de aire.
A diferencia del LFR tradicional, el CLFR utiliza múltiples absorbedores en las proximidades de sus espejos. Estos absorbedores adicionales permiten que los espejos alternen su inclinación, como se ilustra en la figura 2. Esta disposición resulta ventajosa por varias razones.
- En primer lugar, la alternancia de las inclinaciones minimiza el efecto de los reflectores que bloquean el acceso de los reflectores adyacentes a la luz solar, mejorando así la eficiencia del sistema.
- En segundo lugar, la presencia de múltiples absorbedores minimiza la cantidad de espacio en el terreno necesario para la instalación. Esto, a su vez, reduce el costo de adquisición y preparación del terreno. [ 1 ]
- Por último, al tener los paneles muy cerca unos de otros, se reduce la longitud de las líneas absorbedoras, lo que disminuye tanto las pérdidas térmicas a través de dichas líneas como el coste total del sistema.
Aplicaciones
Areva Solar (Ausra) construyó una planta reflectora lineal de Fresnel en Nueva Gales del Sur, Australia. Inicialmente una prueba de 1 MW en 2005, se amplió a 5 MW en 2006. Esta planta reflectora complementó la central eléctrica de carbón Liddell de 2000 MW. [ 9 ] La energía generada por el sistema solar térmico de vapor se utiliza para proporcionar electricidad para el funcionamiento de la planta, compensando el consumo interno de energía de la planta. AREVA Solar construyó la planta de energía solar térmica Kimberlina de 5 MW en Bakersfield, California , en 2009. [ 10 ] Esta es la primera planta reflectora lineal de Fresnel comercial en los Estados Unidos. Los colectores solares se produjeron en la fábrica de Ausra en Las Vegas . En abril de 2008, AREVA abrió una gran fábrica en Las Vegas para producir reflectores lineales de Fresnel. [ 11 ] Se planeó que la fábrica fuera capaz de producir suficientes colectores solares para proporcionar 200 MW de energía por mes. [ 10 ]
En marzo de 2009, la empresa alemana Novatec Biosol construyó una planta de energía solar Fresnel conocida como PE 1. La planta de energía solar térmica utiliza un diseño óptico Fresnel lineal estándar (no CLFR) y tiene una capacidad eléctrica de 1,4 MW. PE 1 comprende una caldera solar con una superficie de espejo de aproximadamente 18 000 m² (1,8 ha ; 4,4 acres) . [ 12 ] El vapor se genera concentrando la luz solar directamente sobre un receptor lineal, que está a 7,40 metros (24,28 pies) sobre el suelo. [ 12 ] Un tubo absorbedor está situado en la línea focal del campo de espejos; el agua se calienta hasta convertirse en vapor saturado a 270 °C (543 K; 518 °F) . Este vapor, a su vez, alimenta un generador. [ 12 ] El éxito comercial de PE 1 llevó a Novatec Solar a diseñar una planta de energía solar de 30 MW conocida como PE 2. PE 2 ha estado en operación comercial desde 2012. [ 13 ]
Desde 2013, Novatec Solar desarrolló un sistema de sales fundidas en colaboración con BASF . [ 14 ] Este sistema utiliza sales fundidas como fluido de transferencia de calor en el colector, que se transfiere directamente a un sistema de almacenamiento de energía térmica. Una temperatura de la sal de hasta 550 °C (823 K; 1022 °F) facilita el funcionamiento de una turbina de vapor convencional para la generación de electricidad , la recuperación mejorada de petróleo o la desalinización . Se construyó una planta de demostración de sales fundidas en PE 1 para probar la tecnología. Desde 2015, FRENELL GmbH, una empresa adquirida por la dirección de Novatec Solar , se hizo cargo del desarrollo comercial de la tecnología directa de sales fundidas.
Solar Fire, una ONG de tecnología apropiada en India, ha desarrollado un diseño de código abierto para un pequeño concentrador Fresnel de 12 kW de potencia máxima, operado manualmente, que genera temperaturas de hasta 750 °C (1020 K; 1380 °F) y puede utilizarse para diversas aplicaciones térmicas, incluida la generación de electricidad mediante vapor. [ 15 ] [ 16 ]
El sistema CSP más grande que utiliza tecnología de reflector Fresnel lineal compacto es la planta CSP Reliance Areva de 125 MW en India. [ 17 ]
En China, un proyecto Fresnel a escala comercial de 50 MW que utiliza sales fundidas como medio de transferencia de calor ha estado en construcción desde 2016. Tras su conexión a la red en 2019, parece estar funcionando con éxito a fecha de 2021. [ 18 ]
Véase también
Referencias
- 1 2 3 4 5 6 7 Dey, CJ (2004). "Aspecto de transferencia de calor de un absorbedor lineal elevado". Energía Solar . 76 ( 1– 3): 243– 249. Bibcode : 2004SoEn...76..243D . doi : 10.1016/j.solener.2003.08.030 .
- 1 2 3 Mills, DR (2004). "Avances en la tecnología de electricidad solar térmica". Solar Energy . 76 ( 1– 3): 19– 31. Bibcode : 2004SoEn...76...19M . doi : 10.1016/S0038-092X(03)00102-6 .
- ↑ Philipp Schramek y David R. Mills, Conjunto solar de múltiples torres , Solar Energy 75, págs. 249-260, 2003
- ↑ Chaves, Julio (2015). Introducción a la óptica no formadora de imágenes, segunda edición . CRC Press . ISBN 978-1482206739.
- ↑ Julio Chaves y Manuel Collares-Pereira, Concentradores de dos etapas con múltiples receptores y etendue adaptado , Solar Energy 84, pp. 196-207, 2010
- ↑ Departamento de Energía de los Estados Unidos (2009). "Programa de Tecnologías de Energía Solar: Energía Solar de Concentración" (PDF) .
- ↑ Mills, DR; Morrison, Graham L. (2000). "Plantas solares térmicas compactas con reflector Fresnel lineal". Solar Energy . 68 (3): 263– 283. Bibcode : 2000SoEn...68..263M . doi : 10.1016/S0038-092X(99)00068-7 .
- ↑ "SolMax, lámina de superficie selectiva solar" (PDF) .
- ↑ Jahanshahi, M. (agosto de 2008). "Central termoeléctrica de Liddell: ecologización de la energía generada con carbón". Ecogeneration .
- 1 2 "Tecnología Ausra" .
- ↑ Schlesinger, V. (julio de 2008). "La energía solar térmica se está poniendo más de moda". Revista Plenty .
- 1 2 3 "Primera tecnología mundial en plantas de energía solar" .
- ↑ "Inicio" . www.puertoerrado2.com . 27 de octubre de 2011. Archivado del original el 6 de abril de 2016. Consultado el 19 de abril de 2016 .
- ↑ "Novatec Solar und BASF nehmen solarthermische Demonstrations-anlage mit neuartiger Flüssigsalz-Technologie in Betrieb" .
- ^ Parmar, Vijaysinh (5 de febrero de 2011). "«Fuego solar para saciar la sed de energía en las comunidades locales» . The Times of India . Archivado del original el 5 de noviembre de 2012. Consultado el 15 de mayo de 2011 .
- ↑ "Solar Fire P32 - Proyecto Solar Fire" . solarfire.org . 2011. Archivado del original el 30 de abril de 2011. Consultado el 15 de mayo de 2011 .
- ↑ Purohit, I. Purohit, P. 2017. Potencial técnico y económico de la generación de energía solar térmica de concentración en India. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 78, pp. 648–667, doi : 10.1016/j.rser.2017.04.059 .
- ↑ CSTA, 2021, La planta CSP Fresnel de sales fundidas de 50 MW alcanzó la mayor generación en un solo día, Pekín, Asociación China de Energía Solar Térmica, http://en.cnste.org/html/csp/2021/0603/1087.html
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