Frank Dinter: “La tecnología CSP puede ser una gran aliada para la producción de hidrógeno verde”

Frank Dinter: “La tecnología CSP puede ser una gran aliada para la producción de hidrógeno verde”

Fecha publicada: 25 Junio, 2024

Es actualmente la planta de concentración solar de potencia más eficiente en España. Considerada la élite en cuanto a producción entre las plantas españolas, con un campo solar más pequeño que otras, hace que Andasol 3, sea un ejemplo en tecnología y precisión, gracias a la unión de varios consorcios que decidieron construirla para demostrar su capacidad.

H2News tuvo la oportunidad de visitar Andasol 3 en Aldeire, provincia de Granada en Andalucía y conversar con quien fuera el director de la construcción y, actualmente, CEO de Fraunhofer Chile Research, Dr. Frank Dinter.

La planta está compuesta por 205 mil reflectores parabólicos que recogen la luz. Son espejos curvados gigantes que concentran el calor generado por la radiación y los transmiten a un fluido de transmisión de calor. Es ahí cuando entra a operar el intercambiador de calor que alimenta un circuito de vapor y agua caliente con energía térmica.

Pero la tecnología de Concentración Solar de Potencia (CSP, por sus siglas en inglés) va más allá que su rol de generar 24/7, se podría posicionar como un elemento clave en la producción de hidrógeno verde, una fuente de energía limpia y sostenible. CSP utiliza espejos o lentes para concentrar una gran cantidad de luz solar en un receptor pequeño, generando altas temperaturas que pueden ser utilizadas para producir vapor. Este vapor, a su vez, se emplea para impulsar turbinas y generar electricidad de manera eficiente. La electricidad generada por CSP puede alimentar el proceso de electrólisis del agua, en el cual se descompone el agua en oxígeno e hidrógeno sin emitir carbono.

El Dr. Dinter adelantó que el proyecto piloto Power-to-MEDME será un ejemplo de lo que la unión de CSP con hidrógeno verde puede significar.

¿Cómo contribuye la concentración de energía solar de potencia (CSP) al suministro de electricidad y a la producción de hidrógeno verde?

La concentración de energía solar de potencia (CSP) puede ser una gran aliada para la producción de hidrógeno verde (H2v). En países con mucho sol y una alta radiación directa, las plantas de CSP son la mejor tecnología a gran escala para la producción de electricidad flexible y continua las 24 horas del día, los 7 días de la semana, porque cuentan con almacenamiento térmico integrado. 

¿Cuál es el beneficio de combinar una planta CSP con una planta fotovoltaica (FV)?

La combinación de una planta CSP con una planta fotovoltaica (FV) reduce los costos de la electricidad. Durante el día, la planta FV produce electricidad mientras que la planta CSP recolecta la energía solar para llenar el almacenamiento térmico. Cuando la planta FV no puede producir suficiente energía, la planta de CSP ayuda en el suministro. 

¿Qué ejemplos de plantas de CSP a gran escala existen en el mundo, y cuál es su situación en España?

En el mundo existen más de 100 plantas de CSP a gran escala. España tiene una capacidad de CSP instalada de 2.3 GW en operación. Un ejemplo de estas plantas es Andasol 3, que utiliza espejos en forma de cilindros parabólicos para recolectar la energía solar. 

Tecnología CSP 

Chile cuenta con la planta ícono de CSP en Latinoamérica, ¿cuál es la diferencia tecnológica entre la tecnología de Andasol 3 y Cerro Dominador?

Como CSP son dos alternativas completamente distintas, Cerro (Dominador) refleja la radiación solar que incide en un campo gigantesco fotovoltaico de espejos, se llaman heliostatos gigantescos en un solo punto, que se llama concentrador receptor. La sal que se bombea del tanque frío al receptor se calienta con los rayos concentrados del sol y fluye al tanque caliente del sistema de almacenamiento.

Desde allí se bombea a intercambiadores de calor donde se evapora el agua (o donde se genera vapor) para accionar la turbina y generar electricidad.

Andasol 3, en cambio, tiene un campo solar grande con espejos curvos que reflejan no solo en un punto sino en 90 kilómetros de tubería que transporta un fluido. Una parte de ese calor va al almacenamiento y calienta sales fundidas que nos sirven como una batería térmica, y la otra parte va a generación directa de vapor. La parte de sales lo aprovechamos durante los transitorios de nubes o la noche.

La gran diferencia es que nuestra planta (parabólica) es que está determinada por la temperatura del fluido, aproximado de 400 grados. Sin embargo, las de torres de sales pueden funcionar sobre 550 grados sin problemas de degradación. Entonces si tienes una temperatura más alta en un fluido transportador, la temperatura del vapor también aumenta, lo que tiene un efecto positivo en la eficiencia de la turbina y, consecuentemente, de la planta.

¿A qué se debe que Andasol 3 sea la planta CSP más eficiente e importante de España?

Andasol 3 fue la tercera planta desarrollada por Solar Millenium en España, luego del éxito de las plantas Andasol 1 y 2. El consorcio que construyó está compuesto por generadores y distribuidores de energía alemanes, quienes pusieron especial esfuerzo en obtener una CSP de alta calidad. La planta Andasol 3, probablemente, fue la más cara construida en su tipo, pero finalmente eso garantizó obtener bajos costos de operación gracias a la calidad instalada de la misma, reflejada en equipos como las turbinas, intercambiadores de calor entre el aceite y las sales fundidas, por ejemplo. Todo eso es lo que 30 años después aún garantizaran alta eficiencia y disponibilidad de la planta.

¿Por qué consideran la tecnología parabólica como la más segura? 

La tecnología parabólica, a mi manera de ver, es la más probada y segura en cuanto a disponibilidad. Su rival serían las torres con heliostatos, pero esta tecnología tiene un punto crítico: el concentrador donde se recogen todos los rayos del campo de heliostatos. Si este equipo falla, la planta no podrá generar. Sin embargo, las plantas de cilindro parabólico pueden tener parcialmente disponible su campo solar y aun así seguir operando.

Las plantas con colectores de cilindros parabólicos están en operación desde los años 80 en Estados Unidos y con mucho éxito. Es una tecnología que tiene madurez y por eso el Banco Mundial la destaca como una tecnología acreditable, lo que la hace más fácil de financiar. Pero para Chile considero que la tecnología de torre es mejor por la calidad de limpieza del aire y la radiación que es tan intensa. Mientras que la parabólica es mejor cuando están más cerca del mar o en ambientes más húmedos y con aire que posee más partículas, porque los rayos del sol sólo recorren un corto trayecto desde el espejo hasta el receptor.

¿Considera usted que la tecnología de CSP tendrá más espacio como alternativa renovable con un funcionamiento 24/7?

Por supuesto. En mi opinión la tecnología tiene un gran potencial, ya sea de torre o de cilindro parabólico, entre otras, y por sobre la fotovoltaica y eólica, principalmente, por la gran posibilidad de almacenar la energía a gran escala. En cualquier caso, el futuro es buscar una combinación adecuada de tecnologías para las circunstancias de cada país y Chile tiene un gran potencial.

En la última cumbre de Solar Paces 2023, se concluyó que la CSP es clave como generadora y almacenamiento de energía. Se requieren algunos ajustes, especialmente, con la tecnología de Torre. China, por ejemplo, está construyendo más de 50 plantas concentradoras de potencia y será cosa de tiempo en que nos sorprendan con sus logros tecnológicos.

La tecnología de torre de concentración solar existe y funciona en España, Marruecos y  Sudáfrica. Estas plantas fueron instaladas antes a Cerro Dominador.

Y volviendo a la relación CSP con hidrógeno, hay tres opciones que visualizo para poder producir hidrógeno y sus derivados.

Electrólisis solar térmica: En este enfoque, la energía solar se concentra en un punto focal utilizando espejos para poder generar altas temperaturas. El agua se calienta y se genera vapor, que a continuación se somete a electrólisis directa a temperaturas muy elevadas para que las moléculas de agua se dividan en hidrógeno y oxígeno.

El segundo método consiste en generar electricidad 24/7 en una central híbrida a partir de energía solar térmica de concentración y fotovoltaica, y utilizar esta electricidad en una electrólisis convencional. En este caso, cabe esperar factores de capacidad muy elevados para los electrolizadores, lo que se traduce en bajos costes de producción de hidrógeno.

También es posible combinar electrolizadores de alta temperatura con una central termo solar. En este caso, se producen diversas reacciones químicas a altas temperaturas para descomponer materiales como los sulfuros de azufre o el amoníaco en sus componentes, incluido el hidrógeno.

La gran ventaja de las centrales de CSP es el almacenamiento térmico integrado, de modo que el calor está disponible 24 horas al día, 7 días a la semana, por ejemplo, para generar electricidad o proporcionar calor a otros procesos. Esto permite una producción continua de hidrógeno y la mayor flexibilidad posible en el funcionamiento de la planta.

Historia de un éxito tecnológico

La construcción de Andasol 3 comenzó a mediados de 2008. Gracias a su elevada irradiación solar directa, Andalucía es una de las pocas ubicaciones europeas idóneas para la generación de energía térmica solar. La planta eléctrica con una producción instalada de 50 megavatios se finalizó en el verano de 2011. Andasol 3 generará aproximadamente 165 millones de kWh de electricidad al año, con el ahorro de unas 150.000 toneladas de CO2 si se compara con una planta eléctrica moderna de carbón. En total, las tres plantas eléctricas Andasol, más o menos idénticas, pueden satisfacer la demanda energética de aproximadamente medio millón de personas con electricidad generada por energía solar y también por la noche por el almacenamiento térmico integrado.

La planta eléctrica Andasol 3 está compuesta por 205.000 reflectores parabólicos que recogen la luz solar. Estos espejos curvados gigantes concentran el calor generado por la energía solar y lo transmiten a un fluido de transmisión de calor. Entonces, intercambiadores de calor alimentan un circuito de vapor/agua caliente con energía térmica. El vapor activa la turbina, igual que en una planta eléctrica tradicional. Y el generador conectado produce la electricidad.

Al utilizar un tanque de almacenamiento térmico, la electricidad generada durante el día puede ser distribuida según la demanda. Este tanque contiene unas 29.000 toneladas de una mezcla especial de sales fundidas (60% de sodio nitrato y 40% de potasio nitrato). Su capacidad de almacenamiento es de 7.5 horas. Esto significa que Andasol 3 puede seguir generando electricidad de forma fiable y dirigiéndola a la red incluso después de la puesta de sol.

Las empresas implicadas en este proyecto fueron Marquesado Solar S.L.,. Stadtwerke München, RWE Innogy y RheinEnergie, RheinEnergie, Ferranda GmbH (Ferrostaal) y Andasol Kraftwerks GmbH (Solar Millennium).

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