ENCUENTRO MEDIOAMBIENTAL ALMERIENSE: EN BUSCA DE SOLUCIONES

INDUSTRIA Y ENERGÍA BARRA DE EXPLORACIÓN

DOCUMENTOS DE TRABAJO Y COMUNICACIONES

LA INVESTIGACION DEL CIEMAT: APORTACIONES

Julián Blanco Gálvez, Eduardo Zarza Moya, Manuel Blanco Muriel

CIEMAT-Plataforma Solar de Almería

 

RESUMEN

El CIEMAT (Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas) es un Organismo público de investigación y desarrollo, cuyas actividades se dirigen a la búsqueda de soluciones para mejorar los sistemas de energía existentes y la utilización de los recursos que conllevan. Desarrolla también programas de investigación que permitan disponer de alternativas energéticas a las actuales prestando, en ambos casos, especial atención a los problemas de impacto ambiental que tales actividades ocasionan.

La Plataforma Solar de Almería (PSA), centro de investigación perteneciente al CIEMAT, es una de las principales instalaciones existentes en el mundo dedicadas al desarrollo de tecnologías que utilizan el sol como componente energético primario. En este trabajo se recogen algunas de las aportaciones tecnológicas que se están realizando, desde la PSA, para ayudar a materializar el concepto de desarrollo sostenible en los apartados de Generación de Electricidad, Procesos Industriales, Química Solar, Desalinización de Agua y Tecnologías de la Edificación.

 

1. INTRODUCCION

En la actualidad ya nadie discute que se debe de compatibilizar el avance de las actividades industriales con la preservación de la salud humana y la conservación del medio ambiente. El concepto de tecnología limpia seguramente adquiere una de sus máximas expresiones cuando hace referencia a la utilización de energías renovables. La utilización de las energías renovables en sus diversas formas empieza a considerarse como una opción atractiva para la producción de energía eléctrica tanto para los productores como para los consumidores. Especialmente atractiva resulta, a pequeña y a mediana escala, en zonas donde coinciden la disponibilidad tecnológica, el recurso renovable (sol, viento, biomasa, etc.) y la demanda y estructura eléctrica. Este importante paso se está realizando debido a que se ha demostrado que, en muchos casos, los sistemas de utilización de las energías renovables resultan técnicamente viables, razonables desde un punto de vista económico y, tarde o temprano, inevitables desde un punto de vista medioambiental. En ese sentido resulta sorprendente el gran desconocimiento existente, incluso en los círculos relacionados con las renovables, de las aplicaciones solares existentes y de sus perspectivas tanto para la producción de electricidad como para otras aplicaciones.

Todas las fuentes de energía de nuestro planeta tienen en su origen primario al Sol, existiendo hoy día un claro consenso a escala mundial respecto a la necesidad de sustituir a largo plazo las fuentes de energía fósil, que se produjeron hace millones de años y que hoy simplemente se consumen, por otras que tengan un carácter de inagotabilidad o renovabilidad. Si bien es cierto que esto aún se ve con una relativa lejanía, la concienciación en los últimos años de la agotabilidad del medio ambiente está imponiendo el hecho de que esa lejanía no puede ser tal si se quiere alcanzar el concepto del desarrollo sostenible, concepto que se está abriendo paso de una forma imparable en los últimos años; es en este aspecto donde las distintas tecnologías solares en general tiene un campo de aplicación y utilidad a corto plazo. El desarrollo hacia sistemas energéticos globales basados en energías renovables requiere el reemplazo de los combustibles fósiles por otros que tengan en su fuente las energías renovables y en la energía solar en particular. A continuación se describen algunas de las iniciativas que la Plataforma Solar de Almería está desarrollando con este objetivo.

 

2. PRODUCCION DE ELECTRICIDAD

La producción de electricidad es el gran objetivo de la tecnología solar térmica y uno de los ejemplos de mayor interés para la utilización de las energías renovables. Conviene reseñar que entre las tecnologías disponibles de aplicación de las energías renovables, además de la eólica, únicamente la solar térmica presenta el potencial suficiente para contribuir en las próximas décadas y de una manera significativa a la producción a gran escala de electricidad no contaminante. Prueba de ello son los análisis de mercado realizados en el denominado ‘cinturón solar’ de nuestro planeta (zona situada entre los paralelos 40º norte y 40º sur) y especialmente en los países en desarrollo, donde se espera que crezca de una manera notable tanto la población como el consumo eléctrico. A título de ejemplo, el potencial en los países situados en el sur del mediterráneo, evaluado por estudios recientes (Klaiss, 1992 y Meinnecke, 1996), muestra el enorme mercado de la electricidad solar:

Los niveles de insolación de 16 países del Mediterráneo sobrepasan el valor mínimo de 1750 kWh/m2-año.

En total, hay disponibles 500,000 km2 de terreno con la adecuada infraestructura lo que podría representar 12,000 GWe solares.

El potencial mínimo para plantas nuevas o rehabilitadas es de 3.5 GWe (3-6% del total) para el 2005 y de 23 GWe (10%) para el 2025.

El volumen del mercado potencial es de 7-30 kMECU hasta el 2005 y de 45-110 kMECU hasta el 2025. (suponiendo 1.2 GWe solares hasta el 2005).

Si se realiza la interconexión de redes eléctricas entre Europa y África y se introducen las ecotasas, el potencial es de 13.5 GWe hasta el 2005 y 53 GWe hasta el 2025.

Todas las diversas opciones tecnológicas disponibles, tanto las que concentran la radiación solar en un receptor lineal (colectores cilindro parabólicos) como aquellas que realizan la concentración solar en un receptor puntual (torre central y discos parabólicos), utilizan la radiación solar concentrada de cara a calentar un fluido a una temperatura con el que hacer funcionar un ciclo termodinámico. Para plantas grandes las tecnologías DCS y CRS son las únicas opciones actualmente disponibles y a continuación se describen brevemente los de los proyectos más relevantes en estas tecnologías que se están desarrollando en la PSA.

 

2.1. Tecnología DCS. Proyecto DISS

La utilización de las energías renovables empieza a considerarse como una opción atractiva para la producción de energía eléctrica. Las plantas solares térmicas de producción de electricidad representan uno de los campos de mayor interés. Partiendo del desarrollo y la experiencia en las plantas SEGS de California (350 MWe instalados y más de 5000 GWh de producción eléctrica) que utilizan sistemas solares térmicos con colectores cilindro parabólicos (ver figura 1), el proyecto DISS (Direct Solar Steam - Producción de electricidad a partir de generación directa de vapor con colectores cilindro parabólicos) pretende continuar el gran desarrollo tecnológico realizado hasta la fecha en la tecnología solar de colectores cilindro-parabólicos, en dos de los aspectos fundamentales que tienen una repercusión importante en el coste de generación eléctrica, como son:

Mejoras en el sistema: Substitución del aceite térmico por agua en flujo bifásico como fluido de transferencia de calor entre el campo de colectores y el bloque de potencia (conocido como Direct Steam Generation, DSG); en la actualidad la tecnología de colectores cilindro-parabólicos se basa en el calentamiento del citado aceite térmico para luego transferir la energía generando vapor sobrecalentado; el principal inconveniente es que la temperatura máxima que se puede alcanzar está siempre limitada por el propio aceite por lo que no se puede trabajar a las temperaturas óptimas dentro de un ciclo de generación eléctrica. La generación directa de vapor en los tubos absorbedores supondrá un notable avance tanto por la simplificación del proceso como por el incremento en su eficiencia.

Mejoras en los colectores: Mejora de las propiedades ópticas y térmicas del receptor; espejos de mayor calidad sobre substratos más ligeros y sostenidos por estructuras inclinadas y más livianas; controles de seguimiento solar más precisos, etc.

El impacto que se espera alcanzar como consecuencia del proyecto DISS con la mejora tecnológica del colector y la demostración de las ventajas de la generación directa de vapor en un lazo de ensayo en la Plataforma Solar de Almería, es de una reducción en el coste de generación de más del 30% a partir de una reducción de los costes de inversión de un 20% y de un aumento de eficiencia de un 15%. En la figura 2 puede apreciarse el impacto que se espera conseguir con este proyecto en la progresiva reducción de costes para llegar a conseguir una tecnología solar plenamente competitiva para la generación de electricidad. El DISS representa una apuesta de largo alcance (14 millones de ECUs en el periodo 1996-2001), realizada por el CIEMAT y el DLR contando con el apoyo de los principales actores europeos en el campo de la tecnología de producción de electricidad con energía solar térmica y la co-financiación de la UE dentro del programa JOULE. Como primeros resultados del proyecto se ha cerrado el diseño conceptual del lazo de ensayo de la generación directa de vapor en la Plataforma Solar de Almería.

 

2.2. Tecnología CRS. Proyecto Colón Solar

Mientras que la tecnología de Colectores Cilindro - Parabólicos (DCS) ha conseguido un grado de desarrollo comercial razonable, la tecnología de torre (CRS) no ha superado aún la fase de demostración, aunque a priori permite alcanzar relaciones de concentración superiores y, consecuentemente, conseguir temperaturas de operación y rendimientos de exergéticos más altos. Una de las razones para ello puede estar en el hecho de que, cuando empezaron a construirse las primeras plantas termosolares comerciales en el sur de California, la tecnología DCS con su seguimiento en un sólo eje y sus temperaturas de operación relativamente bajas, fue percibida como una tecnología más simple y fiable que la CRS. Otro factor puede estar en que, hasta muy recientemente, las estrategias de comercialización de la tecnología CRS han optado siempre por incrementar la complejidad tecnológica de estos sistemas en la búsqueda de altos rendimientos exergéticos.

Sin embargo esto está cambiando al tender en la actualidad hacia la integración de la tecnología CRS en sistemas híbridos de modo estos sean percibidos como tecnológicamente fiables y tengan sentido desde el punto de vista económico. Los modernos ciclos combinados son una opción muy atractiva para ello ya que tienen un rendimiento relativamente alto, puede usar combustibles relativamente limpios como el gas natural y permiten integrar la energía solar en diferentes partes del ciclo y, por lo tanto, a diferentes niveles. En definitiva, permiten una buena adaptación de la producción energética de la planta a las características de la demanda. El límite de concentración teórico de un sistema CRS es casi el cuadrado del límite correspondiente de un sistema DCS. La tecnología CRS tiene, por tanto, un mayor potencial para alcanzar altas temperaturas de operación y altos rendimientos.

Un ejemplo de este concepto se tiene en el proyecto denomina como "Colón Solar", que consiste en la remodelación de la antigua central térmica Cristóbal Colón situada en Huelva incorporando un ciclo combinado Brayton-Rankine en el que se integra un sistema solar de torre central. Los objetivos del proyecto son: 1) repotenciar la central eléctrica para mejorar el rendimiento en operación con y sin sol y durante los periodos de baja carga; 2) usar la tecnología CRS para producir vapor saturado; 3) demostrar la viabilidad de la integración de la energía procedente de un sistema solar térmico en una planta convencional ya existente. En la figura 3 se puede apreciar una vista de la maqueta de la futura instalación.

La potencia eléctrica bruta de la planta será de 106.1 MWe, con un rendimiento bruto del 58.7 % con sol del 51.6% sin sol. Hay que destacar que el rendimiento original era del 37.7 %. El campo solar aportará una potencia nominal de 21.5 MWt, con 34.200 m2 de superficie reflectiva de espejos repartida en un total de 489 heliostatos (70 m2 por unidad). El coste total del proyecto es de 41.7 millones de ECUs, de los cuales 15.7 corresponden al sistema solar, 22.0 al sistema convencional y 4.0 a la reutilización de equipos ya existentes.

El proyecto se encuentra actualmente culminando su primera fase en la que se está desarrollando la ingeniería básica y de detalle del proyecto (con un presupuesto de 3.22 millones de ECUs, financiados en un 40% por el programa europeo Thermie), a la vez de definiendo los distintos aspectos administrativos y societarios del consorcio promotor. La segunda fase del proyecto contempla la construcción de la planta y demostración de su viabilidad (presupuesto: 38.48 millones de ECUs).

El proyecto resulta fuertemente atractivo ya que, por un lado, el riesgo tecnológico del mismo es mínimo debido a que la tecnología solar a utilizar ya ha sido probada, la fracción solar o contribución energética total es limitada y todo el desarrollo tecnológico está fuertemente basado en la experiencia acumulada durante bastantes años en la Plataforma Solar de Almería; por otro lado, el proyecto resulta económicamente viable ya que el coste del kWh resultante es competitivo y, por último, aunque no menos importante, el riesgo financiero también es mínimo debido a la alta capacidad técnica y solvencia económica de los socios participantes. Además, el proyecto Colón Solar es un proyecto maduro ya que cuenta con el apoyo de las compañías eléctricas, la industria y centros de investigación especializados; existe una estrategia para la utilización industrial de los resultados del proyecto en futuros desarrollos y el proyecto cuenta con el apoyo de instituciones regionales, nacionales y europeas.

 

3. PROCESOS INDUSTRIALES

Existen multitud de ejemplos en los que la componente solar puede ser introducida en un proceso industrial, bien sea con el objetivo de conseguir almacenar la energía solar o bien para reducir el consumo de combustibles fósiles. En el primer caso se tienen los sistemas de almacenamiento químico en los cuales, a través de reacciones endotérmicas, es posible la conservación a largo plazo y el transporte posterior de energía solar, con la particularidad añadida de que dicho almacenamiento se realiza en combustibles que poseen altas densidades de energía; es importante señalar aquí que la propiedad de almacenar energía ha sido una de las razones técnicas básicas del éxito y desarrollo de tecnologías como la del carbón, petróleo o gas. En el segundo caso se tienen procesos industriales convencionales en los cuales la componente solar se introduce como componente energético apoyando o sustituyendo una energía convencional. A titulo de ejemplo, se muestra un tipo de cada caso.

 

3.1 Reformado de metano

El reformado del metano es un claro ejemplo de almacenamiento químico de la energía solar; el proceso puede llevarse a cabo en un emplazamiento de alta irradiancia solar y los productos obtenidos ser utilizados posteriormente a gran distancia de donde se han obtenido. Tanto la reacción del reformado de metano con vapor (CH4 + H2O à CO + 3 H2 - 206 KJ/mol), como el reformado de CO2 (CH4 + CO2 à 2 CO + 2 H2 - 247 KJ/mol), puede ser usada para obtener el denominado "gas de síntesis", que consiste en una mezcla de H2 y CO, constituyendo este un proceso que ha recibido un considerable interés como aplicación de la tecnología solar térmica; el reformado del metano constituye también una fuente potencial de obtención de hidrógeno mediante el reformado posterior de CO (CO + H2O à H2 + CO2 + 41 KJ/mol), reacción que también es exotérmica.

Un ejemplo de reformado del metano lo constituyó el proyecto ASTERIX [Advanced Steam Reforming of Methane in Heat Exchange], desarrollado en la PSA entre 1989 y 1992, y que tenía como objeto la demostración a gran escala de la viabilidad del proceso de obtención de gas de síntesis con una calidad constante bajo períodos solares de transición no muy largos; su principal contribución tecnológica fue la separación del receptor solar de la unidad del reformador introduciendo un intercambiador de calor por aire caliente. Un esquema simplificado del proceso es el mostrado en la Figura 4. El aire caliente procedente del receptor cerámico existente en la torre CESA-1, a unos 1000ºC y 9 bares, se usa para calentar la unidad de reformado. La temperatura y composición del gas de síntesis resultante puede ser controlado variando el flujo y la composición de los componentes de partida (metano y vapor de agua). Los ensayos demostraron que la temperatura de proceso y el contenido de H2 podían ser mantenidos suficientemente constantes aún en el caso de periodos transitorios de nubes de alguna importancia.

El principal problema del proyecto ASTERIX fue la alta inercia térmica producto precisamente de tener separadas las instalaciones del receptor y reactor con una gran cantidad de tubos con su correspondiente aislamiento y siendo necesarios dilatados periodos de arranque del proceso, demostrando la ventaja de combinar el receptor y el reactor en aplicaciones solares. Dos recientes sistemas ensayados, realizados en el Weizman Institute of Science (Israel) en colaboración con DLR (Alemania), han demostrado este punto; en ellos se han obtenido unas eficiencias de conversión de metano del 73.5% y 78.5% respectivamente.

 

3.2 Producción de cemento

Un ejemplo de procesos de descomposición térmica es la descomposición de carbonato cálcico en óxido de calcio, proceso que supone el principal paso endotérmico en la fabricación de cemento (CaCO3 à CaO + CO2 - 178 KJ/mol); el proceso tiene lugar a una temperatura en torno a los 900 ºC. Este proceso podría incorporar de forma significativa la energía solar en una cementera, utilizando de reactor de tipo ciclónico situado sobre un sistema solar de torre central (Figura 5).

 

4. QUIMICA SOLAR.

Las aplicaciones químicas en particular pueden considerarse ya lo suficientemente maduras para su incorporación a procesos industriales existentes y contribuir, con una tecnología de marcado carácter medioambiental, a solucionar problemas medioambientales generados por otras tecnologías. Un ejemplo de ello lo constituye el proceso de Detoxificación Solar para la mineralización de contaminantes persistentes disueltos en agua. Este proceso se basa en la interacción de la radiación solar ultravioleta con las partículas de un semiconductor (dióxido de titanio -TiO2-, producto no tóxico, abundante y barato), que da lugar a la generación de radicales hidroxilo (OHo); estos radicales tienen un elevado potencial de oxidación y atacan cualquier sustancia orgánica que se encuentre en el medio, dando lugar a un proceso cuyo resultado es una progresiva ruptura de enlaces hasta concluir en compuestos como el dióxido de carbono y el agua. Como resultado se tiene una reacción de fotocatálisis con un elevado potencial de aplicación en la destrucción industrial de compuestos orgánicos tóxicos presentes en agua utilizando únicamente el sol para ello.

La degradación para la gran mayoría de contaminantes es muy similar, variando únicamente el tiempo de exposición necesario en función de la diferente resistencia a la degradación de cada sustancia. En el caso de compuestos halogenados derivados de alcanos, alquenos, ácidos carboxílicos y sustancias aromáticas en general la estequiometría de degradación es la siguiente: CnHmOzXy + x O2 à n CO2 + y HX + w H2O. Es de resaltar el hecho de que la mayoría de procesos alternativos de tratamiento existentes, como el "air-stripping" o absorción en carbón activo, no constituyen ningún tratamiento "real" en sí, sino que su objeto es eliminar los contaminantes presentes en un determinado medio para transferirlos a otro. La tecnología para llevar a cabo el proceso es además muy simple y se basa en colectores térmicos convencionales, modificados únicamente para optimizar la eficiencia óptica en la captación de la radiación solar UV. De la experiencia obtenida en la PSA, los reactores estáticos (sin mecanismo de seguimiento solar) basados en colectores estáticos tipo cilindro-parabólico compuestos (CPC’s), han dado un resultado óptimo por su sencillez, simplicidad y bajo coste. La PSA está desarrollando en la actualidad un programa de Investigación y Desarrollo en este tema, tratamiento solar de aguas, con la ayuda económica de la U.E. y en colaboración con diferentes Instituciones y empresas tanto Nacionales como Europeas, para el desarrollo de la tecnología necesaria para la aplicación del proceso al tratamiento de contaminantes industriales.

Una de las aplicaciones de esta tecnología podría encontrarse precisamente en una problemática específica de la agricultura intensiva Almeriense. La agricultura intensiva es una actividad muy importante para el sector económico de Almería (más del 40% del Producto Provincial Bruto). En la actualidad, hay más de 35.000 hectáreas de invernaderos en la provincia de Almería, debido a la continua expansión y a su complejidad el sector está dando lugar a la generación de una serie de problemas medioambientales asociados, uno de estos problemas es el derivado de la amplia utilización de productos fitosanitarios insecticidas. En Almería se consumen anualmente unas 5.200 Toneladas de productos químicos fitosanitarios que generan aprox. 1.5 millones de botellas de 1.9 l de volumen medio, una vez usados, estos envases vacíos, en su inmensa mayoría de plástico, entran dentro de la catalogación de residuo tóxico y peligroso por lo que deben recibir un tratamiento específico. Para solucionar el problema medioambiental, se pretende llevar a cabo la implementación en la provincia de un proceso de recogida selectiva, tratamiento y reciclado de dichos envases, paralelamente al establecimiento de unas directrices al efecto para el agricultor. El proceso de tratamiento requiere un lavado industrial de las botellas de plástico posterior a su trituración esto produce agua contaminada con algunos cientos de ppm de compuestos tóxicos persistente, como el agua debe ser reciclada y usada de forma continua, los contaminantes deben ser tratados, hasta el momento no existe un tratamiento convencional viable, por eso surge este proyecto que se propone para su realización en tres fases: 1) Demostración de la viabilidad de degradación de contaminantes (instalación experimental de la Plataforma Solar); 2) Instalación de una pequeña planta piloto in situ para ensayo del proceso completo; 3) Instalación completa de la planta y operación rutinaria de la misma (figura 6).

Las conclusiones principales obtenidas tras la primera de estas fases, han sido las siguientes: a) Los valores de degradación obtenidos fueron desde 0.55 a 1.13 mg/l. min para los distintos plaguicidas y 0.99 mg/l.min para la mezcla (con diferentes condiciones de radiación solar); b) de los análisis realizados, el contenido medio de residuos de TOC contenido en una botella de plaguicida vacía es entre 0.1 y 0.7 gr. c) estimando un tratamiento anual de 750.000 botellas y una media de 0.5 gr de residuo por botella, la planta tendrá que tratar 375 kg de compuestos fitosanitarios; d) considerando un valor final conservador de 0.3 mg/l.min y 2,500 horas útiles anuales de operación de CPC, será necesario un campo solar de 300 m2 .

Los ensayos de detoxificación solar se han realizado siguiendo la siguiente hipótesis: a) el agua del proceso de lavado estará más diluida que la utilizada en el uso normal con el pesticida (200 a 300 ppm); b) los productos seleccionados se consideran completamente representativos de todos los existentes (más de 300); c) por cada producto se genera la misma cantidad de botellas con .la misma cantidad de residuos.

Del trabajo y experiencias realizadas en la Plataforma Solar de Almería se ha demostrado la viabilidad técnica y económica del proyecto, constituyendo el proceso de Detoxificación Solar una solución viable, económica y apropiada para el tratamiento y reutilización de aguas contaminadas por pesticidas y plaguicidas procedentes de actividades agrícolas en general. Este tema es objeto de un trabajo específico en este Encuentro Medioambiental Almeriense.

 

5. DESALINIZACION SOLAR DE AGUA DE MAR

La desalinización de agua de mar es un ejemplo típico de confluencia de existencia de una necesidad por un lado y la existencia del recurso renovable por otro; un ejemplo claro de esto se tiene en el área Mediterránea en la que la afluencia turística en verano, época de mayor disponibilidad del recurso solar, tiene como consecuencia una mayor necesidad de suministro de agua. Básicamente el proceso desalador se puede llevar a cabo utilizando bien técnicas de membrana o bien técnicas de evaporación. Las primeras requieren energía mecánica para llevar a cabo el proceso mientras que las segundas requieren fundamentalmente energía térmica, siendo estas las más adecuadas y con mayor competitividad económica para la utilización de la energía solar. Estos sistemas son básicamente de dos tipos:

Sistemas en los que el equipo desalador y el colector de energía solar están integrados: son sistemas de tipo SOLAR STILLS, cuyo principal inconveniente es su baja eficiencia, requiriendo, en consecuencia, una gran superficie específica para llevar a cabo el proceso desalador, lo cual genera costes muy elevados de mantenimiento en instalaciones de medio y gran tamaño que los hace en estas escalas poco competitivos.

Sistemas convencionales convenientemente modificados para ser integrados en una instalación solar. De ellos, los procesos ME (multiefecto), son los que presentan mayor interés y potencialidad de integración en un proceso solar dada su eficiencia, flexibilidad y mínimo consumo de energía mecánica.

Un SOLAR STILL consiste básicamente en un estanque o piscina en la que se almacena el agua salobre que se quiere desalinizar. Este estanque o piscina se cubre con plástico, vidrio u otro material transparente, dándole una pequeña inclinación a dicha cubierta a modo de un tejado clásico. Por efecto de la radicación solar, la temperatura interior que se alcanza en la zona comprendida entre la superficie del estanque y la cubierta transparente es elevada y provoca la evaporación de una pequeña cantidad del agua del estanque. Este vapor de agua se condensa sobre la superficie interna de la cubierta y cae a los canales de recogida por efecto de la pendiente. Estos sistemas de desalación se basan en el "efecto invernadero", siendo la producción de agua desalinizada muy pequeña (~ 4 l/m2 durante un día claro).

El otro tipo de sistema, denominado M.E.D. (Multi Effect Distillation), realiza la desalación mediante sucesivas evaporaciones y condensaciones realizadas en cascada, lo que permite aumentar el rendimiento térmico total de la instalación. Este tipo de instalaciones resultan adecuadas para producciones diarias medias y grandes. En la Plataforma Solar se ha realizado un proyecto de desarrollo tecnológico de esta última opción, cuyo objetivo era el diseño optimizado de un sistema desalinizador solar térmico y el análisis de la competitividad de dicho sistema. Para ello se instaló (1988-1990) un sistema desalinizador convencional tipo MED (múltiple efecto) con 14 etapas con temperatura nominal de operación T=70ºC; este sistema fue conectado al campo de colectores ACUREX de la Plataforma Solar de Almería tras las necesarias modificaciones en el diseño y operación de ambos sistemas para lograr una optimización del sistema desalinizador solar en su conjunto.

En una primera fase (1991-92) se analizó el comportamiento termodinámico de la planta desalinizadora y del sistema solar bajo diversas condiciones de operación, con el fin de obtener datos experimentales para realizar un modelizado y optimización del sistema. Posteriormente, en una segunda fase (1993-94), se diseñaron y evaluaron los sistemas y componentes necesarios para aumentar la eficiencia y competitividad del sistema solar de desalinización. De entre las opciones analizadas, se decidió proceder a la modificación del equipo de vacío y a la instalación de una bomba de calor de doble efecto, funcionando con una disolución de BrLi/agua.

La modificación del sistema inicial de vacío (hidroeyectores) por uno basado en eyectores de vapor permitió reducir en más de un 50% el consumo eléctrico específico del sistema de desalinización. Sin embargo, la contribución más notable a la mejora de la eficiencia global del sistema vino a través del diseño y construcción de un prototipo de bomba de calor de doble efecto, funcionado bajo un ciclo de absorción, con un C.O.P. de 2,2. Esta bomba de calor aprovecha la energía térmica que se desperdicia en el condensador de la planta desalinizadora, reduciendo así el consumo energético de la misma en más de un 50%; esta bomba trabaja acoplada a la primera etapa y al condensador final de la planta desalinizadora y aprovecha la energía térmica que inicialmente se desperdiciaba en el condensador a través del agua de refrigeración. El ciclo de absorción usado es un ciclo de doble efecto, que utiliza el par H2O-BrLi como fluido de trabajo, suministrando 200 kw a 65ºC y 0,25 atm (110 kw recuperados del condensador y 90 kw aportados por el sistema solar). Este prototipo supuso un avance muy importante en la consecución de los objetivos planteados al ponerse en marcha el presente proyecto de desalinización mediante energía solar. En la figura 7 puede apreciarse un esquema de la instalación existente en la PSA. Desde el punto de vista operativo, es importante resaltar que el sistema no ha presentado ningún problema desde su instalación, habiendo mostrado un buen comportamiento y una muy alta fiabilidad; igualmente, el acople del sistema solar con la planta desalinizadora no ha presentado ningún requerimiento especial.

El coste de destilado producido con el sistema instalado en una primera instancia era de unas 700 pts/m3; en este coste se incluyen tanto el debido a la Planta Desalinizadora convencional, como el correspondiente al campo de colectores y al sistema de almacenamiento térmico. Con las mejoras que se han implementado se puede alcanzar un coste situado entre las 300 y 400 pts, lo que supone un abaratamiento notable. Este coste situaría a los sistemas solares de desalinización mediante plantas MED y de una escala adecuada, cerca de los sistemas que actualmente resultan más económicos. En este sentido, hay que reconocer que el coste de estos sistemas es aún superior al de las plantas convencionales de ósmosis inversa que funcionan con electricidad, pero se ha de tener presente que en esta comparación no tiene en cuenta las ventajas medioambientales de la energía solar, que es una energía limpia que no degrada el medio ambiente. El uso de las energías renovables se hará más rentable conforme se vaya tomando conciencia a nivel mundial el impacto medioambiental tan negativo que producen las energías convencionales y que, tarde o temprano, supondrá un coste económico muy significativo.

 

TECNOLOGÍAS DE LA EDIFICACIÓN

Muchas veces se olvida el hecho más que evidente de que el ahorro de combustibles "clásicos" y la protección al medioambiente comienzan por evitar todo aquel gasto que es innecesario. La energía utilizada en Europa en edificios y en servicios asociados (calefacción, refrigeración, iluminación, etc.) supone el 40% del total de la energía que se consume. En el caso de España, a pesar de contar con una climatología más benigna, la cifra todavía asciende en la actualidad al 29%. En este sentido, se instaló en la Plataforma Solar de Almería el Laboratorio de Ensayos Energéticos para Componentes de la Edificación (LECE), con objeto de contribuir al conocimiento de la calidad energética de los elementos de la Construcción.

La reducción de la utilización de energías convencionales en los edificios no implica necesariamente, en contra de lo que se suele presuponer, la utilización de materiales innovadores. La solución suele ser una cuestión de diseño coherente con respecto a la climatología local, ya que en definitiva lo que se pretende conseguir es el confort de las personas que utilizan el edificio. Por lo tanto, el LECE se creó para la caracterización térmica de todo tipo de materiales en condiciones reales de intemperie, para que el arquitecto o diseñador de un edificio pueda conocer como se comporta térmicamente un cerramiento y así incluirlo en su diseño.

Este laboratorio, forma parte de una red de laboratorios europeos resultado del programa comunitario PASSYS. Además se está adecuando para ser un Laboratorios acreditado por ENAC (Entidad Nacional de Acreditación) y participa, junto con la Asociación Española de Normalización (AENOR) en la ampliación de la Normativa sobre laboratorios. Para realizar ensayos en grandes cerramientos, se dispone de 4 recintos de ensayo o células, que son habitaciones independientes térmicamente aisladas. En la figura 8 se puede apreciar una vista general de una de ellas.

Los ensayos que se pueden realizar incluyen tanto cerramiento verticales de cualquier tipo (prefabricadas, con aislamiento, cámara de aire, etc), acristalamientos (ventanas, invernaderos, etc.), sombreamientos (toldos, persianas, etc), como cerramientos horizontales (techos, claraboyas, diseños especiales, etc.) y todo tipo de cubiertas.

El LECE está continuamente renovándose para adaptarse a las nuevas necesidades del mercado en búsqueda de componentes que mejoren el comportamiento térmico de los edificios sin menoscabo alguno en el índice de confort de los mismos. Un elemento de que se dispone para ello consiste en un sistema de eliminación de flujo de calor a través de las paredes de la zona de ensayo que permite equiparar la temperatura de las paredes a la temperatura de la habitación, evitando así un intercambio de calor de estas con el exterior y provocando que todo el flujo de calor pase a través del cerramiento que se está analizando. Todas las células poseen un sistema de calefacción y refrigeración, junto con unos ventiladores que distribuyen el aire y evitan la estratificación de temperaturas.

 

CONCLUSIONES

Cada día es más evidente que una gran parte de los problemas medioambientales que nos aquejan están asociados con el uso generalizado de fuentes de energía no renovables. Cualquier intento racional de solucionar estos problemas debe de basarse en el uso extensivo de las energías renovables, en particular de la energía solar, por ser ésta una de las más abundantes y uniformemente distribuida. Las tecnologías solares para producción de electricidad, objetivo fundamental de aquellas, presentan en la actualidad desventajas económicas en comparación con las alternativas convencionales. Actualmente los combustibles fósiles son demasiado baratos, y las externalidades asociadas con su combustión, aunque altas, no se repercuten exclusivamente, ni siquiera principalmente, sobre aquellos que los queman. En las actuales circunstancias, lo más razonable no es tratar de competir con los combustibles fósiles, sino utilizarlos en sistemas híbridos para aumentar el atractivo económico de los sistemas solares. Complementar la potencia producida por el sistema solar con la producida mediante el empleo de combustibles fósiles aumenta su rentabilidad, pues permite operar de forma continua mucho de sus componentes y adaptarse mejor a la demanda.

Otras aplicaciones tecnológicas de la energía solar, como ocurre en algunos procesos químicos o en el campo de la edificación, puede afirmarse que poseen ya hoy campos de aplicación claros y viables. Quizá simplemente el problema radica en vencer la imagen que posee mucha gente de que se trata de tecnologías marginales y con escasa utilidad práctica lo que crea una barrera psicológica importante que es preciso romper. El CIEMAT está desarrollando en los últimos años un intenso esfuerzo en la Plataforma Solar de Almería para intentar acercar las distintas tecnologías a unos umbrales de rentabilidad que permitan su despegue definitivo; sin embargo ello será difícil sin un apoyo social decidido y respaldo político claro en un marco actual donde cada vez prima más el beneficio económico a corto plazo frente al gigantesco beneficio a medio y largo plazo que suponen las energías renovables.

 

8. BIBLIOGRAFIA

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RELACIÓN DE FIGURAS

 

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Figura 1. Diagrama esquemático de la configuración de la plantas SEGS situadas en California (354 MWe instalados en un total de 9 plantas).

 

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Figura 2. Evolución del LEC (Levelized Electricity Cost) o Coste Actualizado de Producción de Electricidad. Beneficios del proyecto DISS.

 

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Figura 3. Sistema de Torre Central para la producción de electricidad. Maqueta del proyecto Colón-Solar.

 

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Figura 4. Esquema del proyecto Asterix para Reformado Solar de Metano, desarrollado en la PSA entre 1989 y 1992.

 

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Figura 5. Esquema de producción solar de cemento (Paul Scherrer Institut, Suiza).

 

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Figura 6. Propuesta de planta de Detoxificación Solar para la valorización de residuos plásticos procedentes de envases de productos fitisanitarios en el Poniente Almeriense.

 

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Figura 7. Esquema de la planta de Desalinización Solar instalada en la PSA.

 

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Figura 8. Arquitectura bioclimática. Detalle de Célula de Ensayo Passys.