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Electricidad

La energía del calor del Sol

Comienzan a materializarse en Brasil los primeros proyectos de generación heliotérmica

La central chilena de Cerro Dominador ocupa un área circular de más de 700 hectáreas

HO / Cerro Dominador / AFP

Los primeros proyectos experimentales de generación de energía heliotérmica o termosolar en Brasil ya se encuentran en fase de instalación y comenzarán a funcionar en los próximos meses. Este tipo de energía solar, conocido internacionalmente por las siglas CSP, de concentrating solar power, aprovecha el calor captado del sol para calentar un fluido que, a su vez, acciona una turbina de vapor, generando electricidad. El principio básico es el mismo que se utiliza en cualquier central termoeléctrica, pero emplea una fuente 100 % renovable, abundante y limpia, la radiación solar, en lugar de combustibles de origen fósil y contaminantes, tales como gas, petróleo o carbón.

Un ejemplo de estas usinas CSP o centrales termosolares es la llamada Cerro Dominador, una planta de producción a gran escala inaugurada en el mes de junio en el desierto de Atacama, en Chile. Está construida a 3.000 metros (m) de altura, sobre una superficie circular de más de 700 hectáreas, equivalente a 700 manzanas, y dispone de 10.600 heliostatos, es decir, espejos o conjuntos de espejos que pueden girar para acompañar la trayectoria del sol, reflejando la luz sobre la cúspide de una torre central de 252 m de altura. El receptor ubicado en la cima de la torre se calienta a una temperatura de 560 grados Celsius (º C), transformando compuestos de sales fundidas (fluoruro, cloruro o nitrato de sodio, entre otras) en un fluido que se utiliza para producir el vapor de agua que impulsa las turbinas y generadores cuya capacidad de generación de energía eléctrica es de 110 megavatios (MW). Cada heliostato tiene una superficie de unos 140 metros cuadrados (m2).

Con la ayuda de una estructura fotovoltaica complementaria, la central chilena, pionera en América Latina, llega a producir 210 MW, una potencia suficiente para abastecer 380.000 hogares. Tanto en Brasil como en el resto del mundo es más habitual la producción de energía solar fotovoltaica, que capta la incidencia del Sol mediante placas semiconductoras como las que se montan en el tejado de casas y edificios, así como en parques generadores. Por lo general, estas placas están hechas de células de silicio, que convierten la radiación solar en energía eléctrica.

En Brasil, el proyecto de energía solar térmica más avanzado es el de la Companhia Energética de São Paulo (Cesp), cuyo presupuesto es de 56 millones de reales, y comenzará a producir en el mes de septiembre. Esta central ha sido proyectada para generar 0,5 MW y se está construyendo en el complejo experimental de energías alternativas renovables de la empresa, ubicado junto a la central hidroeléctrica Porto Primavera, sobre el río Paraná. La compañía optó por la tecnología heliotérmica de espejos con formatos parabólicos, la de uso más extendido de los cuatro sistemas termosolares existentes (véase la infografía).

La usina experimental paulista estará compuesta por seis hileras de espejos de aluminio recubiertos con una película reflectante. Con formato rectangular, cada uno de los 576 espejos mide 7 m de largo por 64 centímetros de ancho, y las hileras se extienden a lo largo de 150 m. “El aluminio tiene una vida útil mayor y su montaje es más sencillo que el del espejo de vidrio”, explica Luis Paschoalotto, gerente de Ingeniería de Operación y Mantenimiento de Cesp. El material se ha importado desde Estados Unidos.

Una ventaja que presentan las centrales heliotérmicas consiste en que el almacenamiento del calor permite seguir generando energía una vez que finaliza la incidencia del sol sobre el sistema, ya que el flujo del fluido calentado puede controlarse para que continúe impulsando al generador eléctrico. “Esta es una característica importante, que permite que la central sea despachable”, subraya Paschoalotto. En la jerga del sector, despachable significa que la generación eléctrica puede activarse incluso cuando la fuente de energía, en este caso la luz solar, no se encuentra disponible en el momento, como cuando es de noche. En una central termosolar de gran porte, la generación de energía puede prolongarse hasta 18 horas. La energía fotovoltaica y la energía eólica, que se produce a partir de la fuerza del viento, son intermitentes, es decir, la generación cesa inmediatamente cuando no hay luz o viento.

El proyecto de Cesp fue concebido en respuesta a una convocatoria pública de la Agencia Nacional de Energía Eléctrica (Aneel), en el año 2015, cuyo objetivo fue recabar información capaz de promover una estrategia para el desarrollo de la generación heliotérmica en el país. “En nuestro informe final del proyecto, le advertiremos a la Aneel que la tecnología todavía tiene un costo unitario superior a otras fuentes, pero reúne atributos importantes, porque genera energía renovable y controlable. Hay que fomentar su producción”, anticipa Paschoalotto.

Algunos expertos recomiendan recurrir a subastas de compra de energía específicas para la generación heliotérmica hasta que esta fuente gane en escala y competitividad. Ese fue el mecanismo adoptado para fomentar la producción de energía eólica y fotovoltaica en sus primeros años en Brasil.

La generación heliotérmica aún es incipiente en todo el mundo. La Agencia Internacional de Energías Renovables (Irena) estima que la capacidad instalada de generación de energía solar ha sido de 713,9 gigavatios (GW) en 2020. De este total, 707,5 GW se obtienen mediante la generación fotovoltaica y tan solo 6,4 GW provienen de sistemas CSP.

Paulo Cunha, investigador del Centro de Estudios de Energía de la Fundación Getulio Vargas (FGV Energía), destaca que la industria de equipos fotovoltaicos ha progresado significativamente durante la última década. En dicho período, se redujo el costo promedio de generación, de 0,378 dólar por kilovatio-hora (KW-h) en 2010, a 0,068 dólar por KW-h en 2019, según los datos que informa la Irena. Por eso, según Cunha, los sistemas de generación fotovoltaicos se han popularizado. En ese mismo período, la industria de equipos de generación CSP no ha evolucionado y varios proveedores de paneles solares y receptores de calor han cerrado. El costo de la generación de energía termosolar, según la Irena, es de 0,182 dólar por KW-h, unas 2,5 veces más que la fotovoltaica (véase la infografía abajo).

La Compañía de Generación y Transmisión de Energía Eléctrica del Sur de Brasil (Eletrosul) y Neoenergia, de la multinacional española Iberdrola, presente en 18 estados brasileños, también inscribieron proyectos en la convocatoria pública de la Aneel. Ante la consulta para este reportaje, declinaron hacer comentarios. Otra empresa que se presentó al llamado de la Aneel fue Companhia Hidrelétrica do São Francisco (Chesf). El gerente del Departamento de Investigación, Desarrollo e Innovación de la empresa, José Bione de Melo Filho, informa que la misma se propone construir dos centrales experimentales en el municipio de Petrolina, estado de Pernambuco, la primera con la tecnología de formato parabólico y la otra, de torre central, como la chilena de Cerro Dominador.

La usina de canaletas parabólicas suministrará 0,8 MW de potencia, y se espera que las obras de instalación comiencen este mismo año, en cuanto el proyecto obtenga la licencia ambiental. Otra cuestión pendiente es la adquisición de los espejos cóncavos necesarios para captar y reflejar la radiación solar hacia el punto focal. “El principal obstáculo es que Brasil no posee know-how en materia de estos espejos”, dice Melo Filho. Aún no está previsto cuándo se construirá la usina de torre central.

En la Facultad de Zootecnia e Ingeniería de Alimentos de la Universidad de São Paulo (FZEA-USP), campus de Pirassununga, está previsto que comience a operar una central experimental CSP en 2022. El proyecto de esta usina se distingue por ser un sistema de generación de electricidad híbrido asociado a la cogeneración de calor para uso industrial.

La generación solar se obtendrá a través del uso de 74 heliostatos, cada uno de ellos integrado por 9 espejos de vidrio nacional. Con formato cuadrado y 9 m2 de superficie, estarán orientados hacia un punto focal en lo alto de una torre central de 25 m de altura. La potencia instalada será de 70 KW. “Cuando no haya sol, la turbina se alimentará con biocombustible, por eso el sistema es híbrido”, explica el profesor Celso Eduardo Lins de Oliveira, de la FZEA, coordinador del Grupo de Investigación en Reciclado, Eficiencia Energética y Simulación Numérica (Green-USP).

Cesp Planta termosolar experimental de Cesp junto a la usina hidroeléctrica Porto Primavera, en el río Paraná, en el límite entre los estados de São Paulo y Mato Grosso do SulCesp

La cogeneración es el aprovechamiento de la energía perdida en el proceso de generación de electricidad para su uso en diversos procesos industriales, tales como el secado, la refrigeración y la pasteurización. En el proyecto de la USP, el calor se aprovechará en el matadero-escuela de la facultad, para la esterilización del sector de faena y otras finalidades. “Nuestra propuesta es lograr que pequeñas usinas CSP sean viables para su uso en agroindustrias, ayudándolas a adquirir independencia energética”, dice Lins de Oliveira.

El proyecto del Green nació de una asociación con la empresa Solinova, de São Paulo y el centro espacial alemán (DLR). La empresa paulista, una spin-off del Laboratorio de Eficiencia Energética y Simulación de Procesos de la FZEA, también desarrolla un proyecto experimental de cogeneración en una fábrica de productos lácteos en el municipio de Caiçara do Rio do Vento, en el estado de Rio Grande do Norte, que aún se encuentra en su etapa inicial. En el proyecto de Caiçara, Solinova se encarga de suministrar las tecnologías del bloque de potencia y cogeneración. Recientemente, la empresa ha obtenido una subvención en el marco del Programa de Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe), de la FAPESP, para el desarrollo de un nuevo bloque de potencia híbrido de biocombustibles y energía CSP.

Para José Roberto Simões-Moreira, docente de la Escuela Politécnica de la USP (Poli-USP) y autor del libro intitulado Energias renováveis, geração distribuida e eficiência energética, la escasez actual de lluvias que afecta a Brasil es otra prueba de que el país necesita diversificar su matriz energética y disminuir su dependencia de la generación hidroeléctrica, que provee el 60 % de la electricidad que produce. “La generación térmica híbrida, con la radiación solar complementada, cuando ello fuera necesario, por biomasa o gas natural, es una buena alternativa, más allá de las energías eólica y solar fotovoltaica”, sostiene Simões-Moreira. “Ella le aporta confiabilidad a la matriz energética y se la debe fomentar, ya que es económicamente competitiva”.

Proyecto
Estudio de la cámara de combustión para el bloque propulsor híbrido de biocombustibles y Centrales de Concentración Solar (CSP – Concentrated Solar Power) (nº 20/05777-7); Modalidad Investigación Innovadora en Pequeñas Empresas (Pipe); Investigador responsable Rafael Gonsales Neto (Solinova); Inversión R$ 23.611,50

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