Una investigación sobre CSP muestra que el ahorro en O&M empieza en la fase de planificación
Las buenas decisiones en la planificación y construcción de una central de CSP pueden suponer una reducción de costes duradera en las actividades de operación y mantenimiento que impulse su rentabilidad, según han demostrado varios estudios.
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Si los costes de operación y mantenimiento disminuyen un 20 %, el índice de rendimiento interno de las centrales de torre solar, de sistema cilíndrico-parabólico y de tipo Fresnel lineal aumentará desde un 12,33 %, un 11,72 % y un 11,43 % hasta un 13,41 %, un 12,79 % y un 12,49 % respectivamente, según afirma un análisis de coste-beneficio de CSP en China realizado por Zhenyu Zhao y Weishang Guo, de la Universidad de Energía Eléctrica del Norte de China en Pequín.
Los costes de operación y mantenimiento de las centrales de CSP varían desde los 20 $/MWh hasta los 40 $/MWh, según ha estimado la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA, por sus siglas en inglés) en función de los cálculos disponibles de ingeniería y de los proyectos propuestos. Puesto que no hay costes atribuibles a los combustibles, las actividades de operación y mantenimiento abarcan grosso modo dos elementos: el seguro, con un coste anual de en torno al 0,5 - 1 % del desembolso de capital inicial, y el mantenimiento, que consiste básicamente en la limpieza y sustitución de los espejos.
Por tanto, Juan Manuel Medel, director de operación y mantenimiento en Exera Energia, dijo a New Energy Update que el único modo de reducir el coste de las actividades de operación y mantenimiento es centrarse en el mantenimiento. Una forma de que los operadores reduzcan dichos costes es utilizar herramientas de análisis predictivo como la desarrollada por Exera; otra forma es diseñar la central de modo que minimice los costes de limpieza.
El tamaño y la alineación importan
Los futuros costes de mantenimiento se ven afectados por el tipo de central y por el tamaño y la alineación de los helióstatos, los reflectores o los colectores. Por ejemplo, los reflectores de Fresnel lineal normalmente utilizan un 60 - 70 % del área del campo frente a un 33 % en el sistema cilíndrico-parabólico, y el coste de mantenerlos es menor debido a que son más fácilmente accesibles, según destacó Giovanni Manente, del Departamento de Ingeniería Industrial de la Universidad de Padova.
El alineamiento también es importante, tal y como descubrieron en 2016 los operadores de la central de 392 MW Ivanpah en California, cuando el mal alineamiento de los helióstatos provocó que una parte de una de las torres se incendiara, lo que redujo su capacidad en una tercera parte durante más de un mes. En renovables, los retrasos en la producción originan pérdidas no recuperables y, por tanto, los operadores deben centrarse también en realizar un mantenimiento proactivo y predictivo para garantizar que las instalaciones están en las mejores condiciones, según explicó Medel.
Tomar la decisión adecuada en lo referente al tamaño del helióstato puede suponer un factor decisivo para la reducción de los costes fijos de mantenimiento de una central de torre termosolar, según mostró Arvind Sastry Pidaparthi en su reciente estudio para la Facultad de Ingeniería de la Universidad Stellenbosch. Siguiendo un modelo desarrollado por el Laboratorio Nacional de Energía Renovable de los EE. UU. y utilizando su propio modelo de una central de 100 MW en Sudáfrica con ocho horas de almacenamiento energético, Pidaparthi concluyó que el helióstato óptimo está en torno a los 115,56 m2. En su artículo destacó que un estudio de 2013 publicado por SolarPACES concluía que el tamaño óptimo de helióstato era de 40 m2, cuando se tienen en cuenta los componentes, la instalación y los exámenes, además de las actividades de operación y mantenimiento.
El modelo de costes del NREL halló que una central con 8709 helióstatos y una superficie de 148 m2 cada uno tendría unos costes de mantenimiento anuales de 10,64 millones de dólares. En el modelo de Pidaparthi, un campo de 8131 helióstatos con una medida de 115,56 m2 cada uno necesitaría el mismo número de operarios (11) que el campo más grande y un coste de mantenimiento de solo 8,11 millones de dólares anuales. Un campo con un tamaño parecido pero un número menor de helióstatos requeriría más personal y, por tanto, sería más caro de mantener. Por ejemplo, un campo de 21 670 helióstatos de tamaño medio con 43,33 m2 cada uno necesitaría 12 operarios y costaría 8,27 millones de dólares anuales.
Rutinas de limpieza calculadas
Entre las áreas de mayor gasto de las centrales de CSP se encuentra la limpieza de espejos, lo que incluye los costes del agua y la sustitución de los receptores y los espejos a consecuencia de su ruptura, según destacó la IRENA en su informe de 2017 sobre los costes de la energía renovable.
La reflectancia especular del sol en el campo del colector debe mantenerse de forma natural a su máximo nivel para garantizar un alto rendimiento de forma global, pero mantener limpios los colectores de un modo económico es el “mayor desafío en términos de mantenimiento” para la tecnología CSP, según un nuevo informe sobre el mantenimiento de una central piloto con un sistema cilíndrico-parabólico ubicada en Luisiana, publicado al mes pasado en la revista International Journal of Sustainable and Green Energy.
Un estudio previo de métodos de limpieza realizado por unos investigadores españoles demostró que el más efectivo era el de agua desionizada y cepillo, con una eficiencia de limpieza media del 98,8 % en periodos de lluvia y del 97,2 % en periodos secos. El procedimiento de limpieza utilizado en la central de Luisiana empleaba una hidrolimpiadora de alta presión con agua desionizada y una tela de microfibra adherida a un cepillo de palo diseñado por 3M. Este método de limpieza permitió recuperar la reflectividad total de la apertura con un valor cercano al de la especificación de rendimiento original del 95,5 %.
El calendario de limpieza también es crucial y puede calcularse en la fase de planificación mediante actualizaciones regulares durante las operaciones, como demostraron los autores del estudio de Luisiana. Para diseñar el calendario más rentable, idearon una fórmula e introdujeron los siguientes parámetros: el número ideal de días entre lavados de los reflectores, el coste de limpieza por metro de superficie, la eficiencia óptica de los reflectores, la media diaria de energía solar disponible por metro cuadrado de superficie en la ubicación en cuestión, la velocidad de ensuciamiento de la superficie del reflector como porcentaje del valor de reflectividad restablecido y el precio de la energía en dólares por kilovatio hora en la ubicación específica.
Para el emplazamiento de Luisiana, el intervalo óptimo de lavado de los colectores fue de 114 días o unas tres veces al año. Luisiana, con un precio de la electricidad de 0,092 $/kWh en julio de 2017, goza de costes de energía más bajos que los estados occidentales, donde se ubican todas las centrales de CSP a escala comercial de los EE. UU. y, por tanto, resulta rentable esperar más tiempo entre lavados. Manteniendo el resto de valores constantes, California, con un precio de 0,177 $/kWh, necesitaría un intervalo de lavado de 82 días para minimizar el coste.
Pese a que los resultados dependen en gran medida de la ubicación, se podría utilizar el mismo método para calcular el calendario de limpieza óptimo de otros emplazamientos, según aseguraron los autores.