Una torre de energía solar , también conocida como planta de energía de "torre central" o planta de energía de " helióstatos ", es un tipo de horno solar que utiliza una torre para recibir la luz solar enfocada. Utiliza una serie de espejos planos y móviles (llamados heliostatos) para enfocar los rayos del sol sobre una torre colectora (el objetivo). Los sistemas de energía solar concentrada (CSP) se consideran una solución viable para la energía renovable y libre de contaminación. [1]
Los primeros diseños utilizaban estos rayos enfocados para calentar agua y utilizaban el vapor resultante para impulsar una turbina . Se han demostrado diseños más nuevos que utilizan sodio líquido y ahora están en funcionamiento sistemas que utilizan sales fundidas (40 % nitrato de potasio , 60 % nitrato de sodio ) como fluidos de trabajo . Estos fluidos de trabajo tienen una gran capacidad térmica , que se puede utilizar para almacenar la energía antes de usarla para hervir agua para impulsar turbinas. El almacenamiento de la energía térmica para su posterior recuperación permite generar energía de forma continua, mientras brilla el sol, y durante varias horas después de que el sol se haya puesto (o se haya nublado).
En 2021, el Laboratorio Nacional de Energías Renovables de EE. UU. (NREL) estimó el costo de la electricidad de la energía solar concentrada con 10 horas de almacenamiento en 0,076 dólares por kWh en 2021, 0,056 dólares por kWh en 2030 y 0,052 dólares por kWh en 2050. [2] En 2007, empresas como ESolar (entonces respaldada por Google.org ) estaban desarrollando componentes de helióstatos baratos, de bajo mantenimiento y de producción en masa que reducirían los costos en un futuro cercano. [3] El diseño de ESolar utilizó una gran cantidad de espejos pequeños (1,14 m 2 ), para reducir los costos de instalación de sistemas de montaje como hormigón, acero, perforación y grúas. En octubre de 2017, un artículo en GreenTech Media sugirió que eSolar cesó su actividad a fines de 2016. [4]
Las mejoras en los sistemas de fluidos de trabajo, como el paso de los diseños actuales de dos tanques (caliente/frío) a sistemas de termoclina de tanque único con rellenos térmicos de cuarcita y mantas de oxígeno, mejorarán la eficiencia del material y reducirán aún más los costos.
Generalmente las instalaciones utilizan desde 150 hectáreas (1.500.000 m2 ) hasta 320 hectáreas (3.200.000 m2 ) .
En 2023, la agencia científica nacional de Australia, CSIRO, probó un sistema CSP en el que pequeñas partículas de cerámica caen a través del haz de energía solar concentrada; las partículas de cerámica son capaces de almacenar una mayor cantidad de calor que la sal fundida, sin necesidad de un contenedor que disminuya la transferencia de calor. [6]
Existen pruebas de que instalaciones de concentración solar de gran superficie como estas pueden quemar a las aves que vuelan sobre ellas. Cerca del centro del conjunto, las temperaturas pueden alcanzar los 550 °C, lo que, con el propio flujo solar, es suficiente para incinerar a las aves. Las plumas de las aves más distantes pueden quemarse, lo que lleva a la muerte del ave. Ivanpah informó de que un ave se quemaba cada dos minutos. Los trabajadores de la planta de energía solar de Ivanpah llaman a estas aves "banderas", ya que se encienden en el aire y caen al suelo dejando un rastro de humo. Durante las pruebas de la posición de espera inicial de los helióstatos, murieron 115 aves al entrar en el flujo solar concentrado. Durante los primeros 6 meses de operaciones, murieron un total de 321 aves. Después de modificar el procedimiento de espera para no concentrar más de cuatro helióstatos en un punto, no ha habido más muertes de aves. [7]
La planta de energía solar de Ivanpah está clasificada como emisora de gases de efecto invernadero por el estado de California porque tiene que quemar combustible fósil durante varias horas cada mañana para poder alcanzar rápidamente su temperatura de funcionamiento. [8]
Varias empresas han participado en la planificación, el diseño y la construcción de plantas de energía de gran tamaño. Existen numerosos ejemplos de estudios de casos de aplicación de soluciones innovadoras a la energía solar. La aplicación de torres de haz descendente (una variación de las plantas de receptor central con óptica Cassegrainiana [9] ) [ aclaración necesaria ] también es factible con helióstatos para calentar el fluido de trabajo. [10]
La torre de energía a cielo abierto [11] [12] combina una torre de energía solar y una torre de energía aeroeléctrica [13] en una mina a cielo abierto desmantelada. Las torres de energía solar tradicionales están limitadas en tamaño por la altura de la torre y los helióstatos más cercanos que bloquean la línea de visión de los helióstatos externos al receptor. El uso de los "asientos tipo estadio" de la mina a cielo abierto ayuda a superar la restricción del bloqueo.
Como las torres de energía solar suelen utilizar vapor para impulsar las turbinas y el agua suele ser escasa en regiones con mucha energía solar, otra ventaja de las minas a cielo abierto es que tienden a acumular agua, ya que se han excavado por debajo del nivel freático. La torre de energía de la mina utiliza vapor de baja temperatura para impulsar los tubos neumáticos en un sistema de cogeneración. Un tercer beneficio de readaptar una mina a cielo abierto para este tipo de proyecto es la posibilidad de reutilizar la infraestructura de la mina, como carreteras, edificios y electricidad.
