Las cámaras de nubes CSP reducirán las pérdidas
La puntera tecnología de las cámaras y las previsiones de irradiación podrían juntas aumentar los ingresos de la CSP en varios puntos porcentuales e impulsar la competitividad en los mercados clave de China y Oriente Próximo, según aseguran los investigadores.
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Los avances en los sistemas de cámaras celestes podrían aumentar la eficiencia de la tecnología CSP en los próximos años.
En noviembre, el promotor de tecnología estadounidense Heliogen logró temperaturas de torre CSP superiores a los 1000 °C mediante el uso de cámaras y un programa de visión artificial avanzado para alinear los helióstatos con mayor precisión.
En Europa, las pruebas sobre la tecnología All Sky Imager (ASI) de WobaS en la central española de sistema cilíndrico-parabólico La Africana, de 50 MW, aumentaron los ingresos de la central en un 2 % en un período de dos años.
Desarrollado por el Instituto de Investigación Solar (DLR) de Alemania y las empresas CSP Services GmbH y TSK Flagsol Engineering GmbH, el sistema ASI de WobaS lleva a cabo un seguimiento de la variabilidad de la irradiación, típicamente causada por el movimiento de las nubes, y predice la disponibilidad energética en los siguientes 15 minutos.
En una segunda etapa, los equipos de WobaS tratan de integrar la tecnología de la cámara con la previsión de la irradiación a fin de demostrar los beneficios operativos de la predicción.
Financiado por el gobierno alemán, el proyecto 'WobaS-A' tratará de demostrar que el sistema ASI puede contribuir a pronosticar la irradiación en una franja de 15 minutos.
Se espera que la integración de los mapas de previsión de radiación directa normal (DNI) permita aumentar los ingresos, según dijo Stefan Wilbert, jefe del grupo de meteorología de energía solar del DLR, a New Energy Update.
El aumento de eficiencia del 2 % en La Africana se logró "gracias al uso de mapas de irradiación directa normal en el momento de adquirir la imagen", destacó.
La combinación de la predicción meteorológica a corto plazo con la tecnología inteligente podría aumentar significativamente los ingresos de la CSP. El nowcasting o previsión inmediata de los valores de DNI en los siguientes 15 minutos podría aumentar la eficiencia de la CSP en un 8 % en las centrales de torre CSP y en un 4 % en las centrales de sistema cilíndrico-parabólico, según afirman los investigadores europeos firmantes del documento de 2018 "Impacto de la previsión inmediata de DNI en los ingresos anuales de las centrales de CSP"
Los resultados del estudio, con base en una central de 110 MW y una tarificación en función del precio pico, suponen unos ingresos adicionales de "entre 450.000 y 2,9 millones de euros [entre 503.000 y 3,2 millones de dólares estadounidenses] por año al añadir un programa de previsión inmediata a la herramienta de previsión de la producción solar que ya está en funcionamiento en algunas centrales eléctricas", según explicó el equipo de investigación en el que participa el DLR.
Tarifa en función de la hora para el estudio de previsión inmediata de DNI
Fuente: Impacto de la previsión inmediata de DNI en los ingresos anuales de las centrales de CSP' (J. Dersch et al.)
El proyecto de investigación DNICast, financiado por la UE, ha demostrado ya varios avances en el hardware y en las aplicaciones de nowcast o previsión inmediata para centrales de CSP con apoyo de observaciones terrestres, satélites meteorológicos y predicción meteorológica numérica (NWP).
Concluida en 2017, la investigación de DNICast demostró que la integración de estos métodos ofrece cálculos de DNI más fiables y proporciona un proyecto para fusionar y adaptar las diferentes aplicaciones a las características particulares de la central y a las necesidades de los tomadores.
Cobertura de las nubes
El sistema WobaS utiliza cuatro cámaras con lentes de ojo de pez de 180 grados que registran la ubicación, la altura, la forma, la dirección de su movimiento y la velocidad de las nubes.
Los datos se transponen a las medidas de DNI de la central a fin de determinar la energía disponible que se espera en los siguientes 15 minutos.
La nowcasting o previsión inmediata —definida por intervalos de pronóstico de entre uno y 45 minutos— permite a los operadores de CSP ajustar los ciclos termodinámicos de forma que respondan a condiciones de nubes variables con el fin de mantener los niveles de temperatura deseados. Esto podría ayudar a los operadores a mitigar las oscilaciones repentinas del suministro solar y a proteger el equipo, sin necesidad de desenfocar o reenfocar los reflectores.
"La integración de la tecnología ASI en un sistema de colectores cilindro-parabólicos nos permite, por ejemplo, regular el flujo del medio de transferencia de calor en la central eléctrica, de modo que todos los colectores permanezcan enfocados incluso con una radiación solar fluctuante", explicó Tobias Hirsch, director de proyectos del DLR, en un comunicado.
La tecnología podría ser particularmente útil en China y en la región de Oriente Próximo y África Meridional (MENA), dos regiones clave de crecimiento de la CSP, donde las tormentas de polvo y la contaminación atmosférica pueden originar una variabilidad importante en la DNI.
Si bien los posibles beneficios dependerán de la variabilidad del DNI en el emplazamiento, los promotores esperan "beneficios significativos en todos los emplazamientos habituales de la CSP", según aseguró Wilbert.
Incluso en emplazamientos sin obstrucciones celestes, el nuevo método de control aumentó la eficiencia de la central en torno a un 1 %, ya que el pronóstico favorable permitió operar la central de un modo menos conservador y más eficiente, dijo.
Nuevos controles
Hay también en el mercado otras tecnologías ASI como la de SteadyEye, desarrollada por la francesa Steadysun y Sky Cam Vision, desarrollada por la alemana Reuniwatt.
Un desafío clave para el despliegue comercial de estos sistemas es la compatibilidad con los sistemas de control de central existentes.
Para el sistema WoBaS, los operadores necesitarán adaptar los algoritmos de control de central de modo que se tenga en cuenta la variabilidad espacial y temporal de los mapas de DNI derivados del ASI.
Los controladores que se utilizan actualmente aún no están diseñados para aplicar los datos del ASI de manera eficiente, dijo Wilbert.
El equipo de WoBaS ha desarrollado un controlador adaptado en un entorno de simulación y pronto lo someterá a ensayo en una central de colectores cilindro-parabólicos de 50 MW, dijo.
Equilibrar los ingresos
La penetración cada vez mayor de la tecnología fotovoltaica y eólica está incrementando el valor de la generación de energía gestionable.
La CSP con almacenamiento permite a los operadores gestionar la energía durante los momentos de máxima demanda o de baja producción fotovoltaica o eólica, con lo que se puede acceder a precios de mercado más altos.
La nowcasting o predicción inmediata puede ayudar a los operadores a decidir entre la distribución inmediata o el almacenamiento hasta que se puedan lograr unos ingresos superiores.
Estas tecnologías también ayudarán a los generadores y a los operadores de la red eléctrica a equilibrar la red de manera más eficiente.
"Junto con los pronósticos que se sirven de datos satelitales o modelos numéricos del tiempo, All Sky Imagers puede ayudar a distribuir la electricidad de manera óptima para facilitar el establecimiento de una red eléctrica estable", dijo Wilbert.
Piezas protectoras
El sistema WobaS podría producir beneficios adicionales si se combina con sistemas de previsión ampliados, como el sistema FoSyS desarrollado por TSK Flagsol y DLR, el cual prevé la DNI con hasta 14 días de antelación.
Además del aumento de ingresos, las previsiones del ASI pueden ayudar a reducir los gradientes de temperatura en los componentes de la central originados por los cambios repentinos de radiación. Con unos intervalos de pronóstico más amplios los operadores podrán tomar decisiones de operación y mantenimiento (O&M) más predictivas y así mejorar el rendimiento, reducir los costes y limitar la degradación de los componentes.
"Además de incrementar la eficiencia de la central, también esperamos un aumento en la vida útil de los componentes", concluyó Wilbert.
Por Kerry Chamberlain
Traducido por Vicente Abella Aranda