Inauguración oficial de SCOPEBIG en Barun, el 4 de diciembre de 2014. Imagen cortesía de CSTEP.

Por Heba Hashem

Traducido por Alexandra Aretio

El mes pasado, el Centro de Estudios de Ciencia, Tecnología y Política (CSTEP, por sus siglas en inglés) de la India reveló que construiría una planta energética de CSP y biomasa con una capacidad de 3 MW en el pueblo de Barun, en el estado oriental de Bihar.

El proyecto, conocido como SCOPEBIG (por las siglas en inglés de planta energética de CSP optimizada y diseñada con gasificación integrada de biomasa), va a instalarse en el marco de la cooperación entre la UE y la India en materia de energía renovable con un compromiso de unos 8 millones de EUR.

Un proyecto en colaboración

"Desde la Unión Europea nos pidieron propuestas para el crecimiento sostenible de tecnologías de energía renovable en la India —declaró a CSP Today Thirumalai N.C., científico principal en el CSTEP—. En este contexto, se conceptualizó como una configuración de solar y biomasa a fin de lograr un suministro energético fiable ya que la solar presenta una naturaleza intermitente".

Un sólido consorcio indoeuropeo encabezado por el CSTEP desarrollará el proyecto. Mientras que CSTEP ofrecerá un análisis económico, Thermax Limited y el Instituto Fraunhofer desarrollarán los colectores solares a temperatura media de bajo coste, que están funcionando en Maharashtra y otros lugares. Por su parte, el Instituto de Combustión, Aerotérmica, Reactividad y Medio Ambiente de Francia proporcionará conocimientos sobre la transferencia térmica.

Respecto al desarrollo de la tecnología del gasificador, la experiencia la aportará el Centro de Investigación Energética de los Países Bajos y la planta de 250 kW patrocinada por el Departamento de Ciencia y Tecnología de la India y construida por Thermax cerca de Pune.

Por último, a nivel estatal, el Ministerio de Energías Nuevas y Renovables y el departamento de Generación energética del estado de Bihar habilitarán el acuerdo a largo plazo de la red, ayudarán en la obtención de tierra y ofrecerán ayuda normativa.

Fabricación local

Según Thirumalai, que está liderando la implementación del proyecto, se ha seleccionado la tecnología cilindroparabólica con generación directa de vapor para esta planta híbrida, en la que la solar y la biomasa contribuirán cada una con un 50 % a la generación de energía.

Entre las prioridades del proyecto se encuentra el utilizar colectores solares de bajo coste y localizar todos los componentes. Esto último convertiría a la planta energética en la primera de este tipo en la India.

"Los componentes utilizados en la planta, tanto en la parte de CSP como en la de biomasa, se fabricarán completamente en el país", afirmó durante el evento de inauguración el dr. R. R. Sonde, vicepresidente ejecutivo de investigación, tecnología e innovación en Thermax.

La ventaja clara de la hibridación de CSP y biomasa es que una planta de este tipo podría operar durante el día o la noche, e incluso en períodos prolongados con nubes. No obstante, existen muchas otras ventajas para los híbridos de biomasa: desde el incremento de las eficiencias del ciclo hasta el hecho de que solo serían necesarios pequeños cambios al optimizar el diseño, ya que la única diferencia entre una planta de CSP y una de biomasa es la caldera.

"La biomasa proporcionará un sistema supercalentado inyectado para la fase a elevada presión de la turbina mientras que la solar generará vapor saturado, que se incrementa en la ruta de gasificación, y que es inyectado en la fase de baja presión de la turbina", explica Thirumalai.

La biomasa abunda en la India, especialmente en Bihar, y sigue habiendo grandes cantidades sin explotar. El Ministerio de Energías Nuevas y Renovables estima que el país produce 500 millones de toneladas métricas de biomasa al año y, de ellas, entre 120 y 150 millones de toneladas no se utilizan.

Con la construcción del proyecto SCOPEBIG, el CSTEP espera demostrar la viabilidad de las plantas de CSP y biomasa a una escala inferior para que se reproduzca en toda la India mientras se estudian los efectos sociales en áreas rurales.

Área rural en la India. Imagen: Wikimedia.org. 

El CSTEP, aparte de liderar un consorcio formado por varias organizaciones de renombre, participa en varios estudios relacionados con las tecnologías solares y desempeña un papel principal en el objetivo de Solar Energy Integration. Esta última forma parte del consorcio de SERIIUS, que también está investigando cómo reducir el coste nivelado de la energía procedente de CSP.

¿La respuesta a la baja radiación directa normal?

Algunos expertos creen que la hibridación de la CSP, ya sea con biomasa o con calderas convencionales, es la solución técnica que haría frente a la baja radiación directa normal y algunas variaciones en las condiciones meteorológicas de la India.

"Los proyectos de CSP en funcionamiento en todo el mundo han contado con apoyo de combustible fósil en un margen de entre un 15 % y un 30 %", señala Gopal Somani, director ejecutivo de Maheshwari Mines and Energy Private y antiguo director de la Corporación de Energía Renovable de Rajastán.

Este respaldo de combustible fósil se emplea para el almacenamiento durante momentos de baja radiación solar, nubes, equilibrio de la carga, funcionamiento nocturno, demanda de carga máxima y para cubrir las necesidades de los componentes auxiliares del bloque energético.

Según Somani, los posibles emplazamientos para CSP en la India cuentan con una baja radiación directa normal media anual en comparación con EE. UU. (2400-2700 kWh/m²), Sudáfrica (2500-2800 kWh/m²), España (2100-2200 kWh/m²), y Chile (2800-3400 kWh/m²). Por tanto, necesitarán instalaciones de campo solar más grandes para la misma cantidad de producción eléctrica.

Afirma que la radiación media con la que cuentan la mayoría de las instalaciones de CSP en la India se encuentra actualmente entre los 1750 y los 1850 kWh/m². Además, el monzón y los fuertes vendavales que se producen entre junio y septiembre reducen la radiación directa normal hasta menos de 4kWh/m² al día. Esto significa que las plantas de CSP no tienen otra opción que detener el funcionamiento ya que el vapor generado no es suficiente para cumplir con la inercia mínima necesaria para accionar la turbina.

Por ejemplo, el estado de Bihar, donde se está construyendo la planta híbrida de CSP y biomasa, experimenta calurosos veranos y fríos inviernos, con temperaturas máximas medias de unos 35-40 ºC en verano y mínimas de unos 0-10 ºC, tanto frío como en los países del norte de Europa.

Sobre esa base, Somani recomienda que las plantas de CSP en la India puedan contar con un respaldo de combustible fósil de un 15-25 % para el almacenamiento, el equilibrio de la carga, los requisitos de bloqueo y vapor de sello, y la necesidad de anticongelante del fluido de transferencia térmica. Asimismo, añade que es poco probable el uso indebido de gas para generar energía ya que las tarifas para CSP están muy por debajo de cualquier valor que haría que dicha práctica fuera rentable.

Calidad energética mejorada

Otros expertos, como Lavleen Singal, presidente de la empresa de desarrollo de CSP Acira Solar, cree que la radiación directa normal de la India es suficiente para la CSP independiente.

"La radiación directa normal de la India, aunque con un valor anual bajo, se caracteriza por algo mejor: una latitud favorable, días largos en verano y relativamente pocos días cortos en invierno, y todo ello contribuye a una mayor generación para radiación directa normal baja".

No obstante, destaca que la competitividad de costes de la CSP frente a otras tecnologías renovables y su comparación con las plantas energéticas convencionales debería proceder de los proyectos híbridos solares.

"Con los híbridos y el combustible auxiliar, la verdad es que la calidad de la energía mejoraría. Los híbridos con combustibles fósiles convencionales como actualizaciones y plantas nuevas, con una contribución solar mínima de un 50 %, es el nuevo 'mantra' para que renazca la CSP. La escala de estos proyectos también desempeña un papel importante; por ejemplo, una planta de energía convencional de 1000 MW con un componente solar de 250-400 MW".

Rendimientos superiores

Cabe destacar que los proyectos de CSP, durante la primera fase de la Misión Solar Nacional, no pudieron contar con respaldo de combustible fósil. Como consecuencia, dos proyectos de CSP pilotos que licitará la Corporación de Energía Solar de la India (SECI, por sus siglas en inglés) podrán contar con un uso auxiliar de combustible de hasta un 15 % de la generación total y el almacenamiento de energía térmica será obligatorio sin un límite superior fijado.

De hecho, el respaldo de la hibridación no solo se permitirá con gas natural, también con cualquier otra fuente de combustible. Los proyectos, cada uno con una capacidad de 50 MW, se consideran como una manera de llenar el vacío que existe entre la primera y la segunda fase al aplicar las lecciones aprendidas en la fase inicial.

Mientras que el primer proyecto debería integrar el enfriamiento híbrido, el segundo debería contar con una elevada temperatura de funcionamiento, de al menos 470 ºC, y enfriamiento de agua húmedo.

"Se habla sobre la 'temperatura elevada'. ¿Cuál es la ventaja, la eficiencia elevada de la turbina? ¿En qué sentido, una eficiencia media del 42 %?", pregunta Singal. "Bueno, en la cilindroparabólica con temperaturas del fluido de transferencia térmica de 393 ºC, las turbinas más recientes pueden garantizar una eficiencia media del 41,5 %.

Por tanto, sugiere que un proyecto híbrido, como la segunda demostración de tecnología de la SECI, sería más apropiado que un "proyecto de torre con temperatura elevada".

En un país que importa en torno al 70 % de su petróleo y gas natural y depende del carbón para más de la mitad de su generación de electricidad, existe una urgente necesidad de identificar tecnologías de energía renovable rentables para la generación energética a gran escala.

Y si la hibridación de CSP puede superar los problemas de intermitencia y suplir la escasez de carga máxima, realmente podría ser la clave para la independencia energética de la India.