Desarrollo de un modelo para el análisis de sistemas de plantas solares termoeléctricas de colectores cilindro-parabólicos: aplicación a España

Abstract

España se encuentra en un periodo de transición energética donde la energía de concentración solar (plantas solares termoeléctricas) representa una oportunidad única por razones de disponibilidad del recurso (radiación solar) y desarrollo tecnológico (España es líder mundial en el desarrollo e implementación de esta tecnología). En este trabajo se desarrolla un modelo del comportamiento de una planta solar termoeléctrica (planta termosolar) para la tecnología de colector cilindro-parabólico (tecnología más extendida en España). Este modelo se ha extendido posteriormente para un estudio de sistemas para analizar la penetración de nuevas plantas termosolares en la red eléctrica (cobertura de demanda, curtailment y necesidades de backup) en función de la capacidad instalada (número de plantas y potencia nominal), su localización y capacidad de almacenamiento de energía térmica. En el desarrollo del modelo ha sido crucial el cálculo de la radiación directa normal (DNI) que es dependiente de la localización de las plantas termosolares. El modelo se ha aplicado a los datos de demanda y radiación solar en España peninsular correspondientes al año 2016. Los resultados muestran que, con la potencia instalada, la distribución de las plantas por el territorio peninsular y las horas nominales de almacenamiento analizados no se alcanza una solución que haga que la tecnología de concentración termosolar desplace completamente a las tecnologías que usan combustibles fósiles. También muestra que el óptimo de horas nominales de almacenamiento se produce cuando el descenso de la necesidad de backup decae linealmente que es entre 9 y 12 horas nominales. No obstante, los resultados obtenidos son frutos del uso de un estudio conservador, ya que no se aprovecha los picos altos de curtailment para cargar el almacenamiento térmico.

Spain is in a period of energetic transition in which concentrated solar power (CSP) represents a unique opportunity because of the dispatchability of the main resource (solar irradiance) and the technologic development (Spain is a global leader in the development and implementation of this technology). The present study develops a model of the behavior of a CSP plant that uses parabolic-trough collectors, which is the most extended solar collection technology in Spain. Afterwards, this model is used to analyse the impact of introducing new CSP plants could in the electric grid (the electricity demand coverage, curtailment and backup need) depending on the installed capacity (installed power capacity and number of plants), the location of these plants and the thermal energy storage (TES) capacity. The calculation of the direct normal irradiance (DNI), which depends on the location of each plant, was critical to the development of the model. The data of the electrical demand and the solar irradiance applied in the model corresponds to mainland Spain, 2016. The results reveal that it is not possible to finad a solution that displaces all fossil fuels from the electric mix, regardless of the location of CSP plants, the power capacity installed, and the TES capacity analyzed. Also, the results reveal that the optimum TES capacity is between 9 and 12 hours, when the need of backup decreases linearly with the nominal hours of TES. Nevertheless, the results have been obtained using conservative assumptions since the possible use of the curtailment for the charging of the TES has not been considered (reducing the required backup in the system).