La tecnología Disco-Stirling presenta una alta eficiencia en la conversión de energía solar a la red, no necesita agua, permite flexibilidad en los tamaños de instalación y es competitiva desde el punto de vista económico. Entonces, a qué estamos esperando
Descubiertos en 1816 y usados en la industria aeroespacial y de defensa desde los años 70, los motores de calor Stirling podrían finalmente incorporarse a la carrera por la energía solar.
En enero de este año la planta de demostración Maricopa de 1.5MW comenzó a operar en Arizona usando 60 discos SunCatcher de tecnología Stirling.
Esta planta constituye el primer ejemplo comercial de este tipo de sistemas y allana el camino para la construcción de granjas solares de tecnología Stirling de 1.5GW en California y Tejas.
Los sistemas SunCatcher usan concentradores solares de disco parabólico (de 12 metros) que concentran la radiación solar en un recibidor o unidad de conversión de energía (PCU). El sistema sigue la radiación solar y calienta hidrógeno para alimentar un motor Stirling de cuatro cilindros que genera electricidad. Cada uno de los discos SunCatcher puede producir hasta 25KW de potencia.
La compañía norteamericana Infinia, con sede en Washington, está también desarrollando un motor solar Stirling de 3KW con varias instalaciones de demostración actualmente en operación.
Una de las ventajas clave de la tecnología Disco-Stirling con respecto a otros sistemas CSP, es el hecho de que no es necesaria la utilización de agua, tal y como afirma Lori Singleton, Jefe de Tecnologías Sostenibles para Salt River Project (SRP) quien comprará la energía generada por la planta Maricopa.
“Esto convierte a este tipo de tecnología en muy atractiva para proyectos en el desierto, donde el agua es un recurso escaso,” añade Singleton.
Los discos SunCatcher, además, poseen el record mundial en eficiencia de conversión de energía solar en eléctrica en un 31.25%, situándose este valor normalmente en torno al 25-26%, como señala Sean Gallagher, Vicepresidente en Estrategia de Mercado y Asuntos Regulatorios para SES. Las plantas cilindro-parabólicas y de torre presentan eficiencias máximas del 20% y 19-23% respectivamente.
Los sistemas SunCatchers presentan además un diseño modular y son flexibles en cuanto a su tamaño, lo que hace que puedan ser instalados más rápidamente que otras tecnologias CSP a gran escala y no conlleven perturbación del terreno. Su modularidad también les permite ser instalados en suelos con hasta un 5% de desnivel.
Gallagher asegura que estos sistemas pueden competir con otras tecnologías CSP y PV al presentar costes de instalación estimados en o por debajo de US$3000 por kW.
¿Por qué esperar?
Los motores Stirling se han venido utilizando durante décadas. La razón por la que han tardado tanto en ser utilizados en el sector CSP es más de tipo logístico y económico que debido a un problema de la tecnología en sí misma, asegura Gallagher.
Como Gallagher explica, SES ha estado esperando al desarrollo de procedimientos de fabricación que permitieran la tecnología precisa para la producción de energía a gran escala.
“Los avances que en este campo se han producido en los últimos 15-20 años nos han permitido fabricar motores Stirling en cadena que presentan eficiencias tan altas como si hubiesen sido fabricados de forma artesanal,” asegura Gallagher. Más del 90% de los componetes SunCatcher serán fabricados en Norteamérica por empresas del sector automovilístico en sistemas de producción en cadena.
SES también ha sido capaz de crecer en los últimos dos años gracias a los US$100 millones invertidos por la irlandesa NTR en el 2008 a cambio de un porcentaje del capital de la empresa. Esta inyección de capital permitió a SES la revisión del sistema reduciendo costes y optimizando la fabricación a gran escala.
La construcción de un proyecto de demostración, que comenzó en Septiembre del 2009, ha permitido a SES perfeccionar aún más el diseño de su tecnología. A pesar de algunos cambios menores, el proyecto se finalizó antes de lo previsto en diciembre comenzando a suministrar energía a la red en enero.
SES planea comenzar a producir a su capacidad total en el verano de 2010 y poder tener operativas otras tres grandes plantas a finales de año.
Acuerdos de compra a largo plazo ya han sido firmados con San Diego Gas & Electric por el proyecto de 750 MW Imperial Valley situado cerca de El Centro en California; con Southern California Edison por Calico, una planta de 850MW cerca de Barstow en California; y con CPS Energy por la instalación del proyecto de 27MW Western Ranch al oeste de Tejas.
La planta de demostración Maricopa significa un avance muy importante para este tipo de tecnología, pero tal y como Reese Tisdale señala para Emerging Energy Research, todavía queda mucho por demostrar para el despegue comercial de este tipo de sistemas. Tisdale afirma: “El O&M todavía necesita demostrarse. Por ejemplo, ¿cómo responderían estas plantas ante tormentas de arena?
Almacenamiento, no es una opción…todavía
Otro de los retos es que, al contarrio que las plantas cilindro-parabólicas o de torre, la tecnología Disco-Stirling no puede por sí misma proporcionar almacenamiento térmico. La única, y más costosa opción, es a través de almacenamiento eléctrico, por ejemplo mediante el uso de baterías.
SES está investigando el desarrollo de métodos de almacenamiento eléctrico, pero estos no se incluirán en los proyectos iniciales. Infinia está también trabajando junto con el Departamento Americano de Energía (DOE) en el desarrollo de sistemas de almacenamiento termal para motores Stirling.
El éxito de estos proyectos depende en gran medida de la obtención de financiación. “SES ha firmado contratos en ejecución pero la capacidad para obtener inversiones es una barrera importante en estos momentos. Quizás lo consigan, o quizás no,” opina Thomas Mancini, Jefe de Programas CSP para Sandia National Laboratories.
Como Gallagher reconoce, el proyecto de demostración va a ser crucial a la hora de obtener soporte financiero, ya que los inversores podrán ver una parte del sistema en operación. Gallagher añade además que el DOE Loan Guarantee Program también será importante para la financiación de estos proyectos. SES también está esperando obtener permisos de explotación de terreno para sus plantas por parte de la Oficina de Gestión del Suelo.
Si todo sale como está previsto, Gallagher afirma que obtendrán los permisos para la planta Imperial Valley al final del verano, y a principios del otoño para el proyecto Calico, estando planificada la construcción de ambas plantas inmediatamente después de la obtención de los permisos.
