Curso Técnico de Cálculo, Diseño y Simulación de Plantas Solares Termoeléctricas

Las particularidades del aprovechamiento de la energía solar termoeléctrica, también conocida como energía termosolar o energía solar de concentración, son quizás menos conocidas que las que caracterizan a las instalaciones dedicadas a la captación y distribución de las energías solar térmica y fotovoltaica. No en vano, estas dos últimas han tenido una extraordinaria expansión e integran, desde hace años, nuestra vida cotidiana, al ser empleadas para la producción de ACS (agua caliente sanitaria), para el apoyo a calefacción y a climatización de piscinas, para la generación de electricidad para consumo propio o venta a la red, etcétera. A estas, no obstante, se suma una tercera vertiente tecnológica, que permite la generación de electricidad en plantas de gran potencia y cuyo rendimiento es equiparable al de centrales de producción de energía convencional, pero sumando, además, a esta ventaja los beneficios medioambientales derivados del uso de las energías renovables.

El principio de funcionamiento de la energía termosolar se basa en la captación, concentración y transformación de la radiación solar en calor a media-alta temperatura (desde 400ºC y hasta 2.000ºC); su posterior transferencia a un fluido térmico caloportador; la producción de vapor de agua tras un intercambio térmico; su expansión en turbinas conectadas a alternadores; y, por último, la consiguiente generación de electricidad para inyección a la red de distribución.

Se partirá de un nivel básico para acercar esta tecnología a todo tipo de alumnos

Siendo conscientes de la complejidad que puede implicar el adquirir por separado conocimientos de ciertas tecnologías, en ACEDIS hemos realizado un importante esfuerzo de síntesis para confeccionar un curso eminentemente descriptivo, riguroso y al mismo tiempo accesible para todos, que sea capaz de englobar los fundamentos de este tipo de energía con una metodología docente de fácil asimilación.

Este Curso Técnico de Cálculo, Diseño y Simulación de Plantas Solares Termoeléctricas ha sido ideado para facilitar al máximo la comprensión de las peculiaridades de esta tecnología. De hecho, no se ha pretendido desarrollar un contenido teórico de alto nivel, que exija contar con estudios previos en la materia, sino que se ha buscado hacerla asequible para todo tipo de alumnos. Por tanto, se partirá desde los niveles básicos para, a medida que se avance, ir profundizando en el conocimiento de esta área, de tal modo que su estudio permita al profesional:

• Utilizar los distintos criterios y métodos que se aplican para la instalación, mantenimiento y operación de este tipo de plantas energéticas.
• Anticipar y planificar el conjunto de tareas previas y equipos necesarios para una correcta construcción de la planta termosolar.
• Describir cada una de las actividades constitutivas de una instalación completa de una central termosolar.
• Ejemplificar las tareas más singulares de operación, mantenimiento, diagnosis y resolución de incidencias de estas instalaciones, evaluando sus costes en función de su realización por la propia plantilla de la empresa o mediante subcontratación.
• Conocer los recursos informáticos para el dimensionamiento de plantas y, también, los más avanzados dispositivos de inspección para garantizar un óptimo mantenimiento de las mismas.

El futuro que se augura a este tipo de energía es inmejorable; no en vano, en España existen decenas de centrales de potencia de esta índole y se prevé incrementar su volumen en próximos años, dada la apuesta de los países miembros de la UE por favorecer el uso de energías limpias y renovables, y minimizar la dependencia de los combustibles fósiles. Por tanto, contar con conocimientos sólidos y específicos en esta materia es un factor clave para una futura incorporación laboral a este nicho de empleo en crecimiento.

Al término de este curso, el alumno estará capacitado para confeccionar proyectos de energía termosolar, puesto que, entre otras cuestiones, conocerá:

• Los principios físicos de funcionamiento de las tecnologías vinculadas a la energía termosolar
• Las ventajas económicas y medioambientales de esta fuente de energía
• Los principales criterios y métodos de instalación y mantenimiento de este tipo de plantas

Para la realización de este curso se recomienda tener conocimientos básicos de termodinámica para un mejor aprovechamiento.

1. MODULO - Geometría y Radiación Solar
   1. Geometría y Radiación Solar
2. MÓDULO - Fundamentos de la energía solar termoeléctrica
   1. Introducción
      1. Problemática ambiental y papel de las energías renovables
      2. Tipos de aprovechamiento de la energía solar
      3. Historia y situación actual de la energía solar en España
      4. Energética y geometría solar
      5. Radiación directa y difusa: aparatos de medida
      6. El cinturón solar
   2. Sistemas termosolares de concentración
      1. Fundamento termodinámico de la energía solar termoeléctrica
      2. Ciclos termodinámicos aplicados a energía solar termoeléctrica
      3. Tecnologías termosolares: baja, media y alta temperatura
      4. Factor de concentración de la radiación solar
      5. Cónicas y cuádricas notables: propiedades geométricas
      6. Concentradores cilindro-parabólicos, lentes lineales de Fresnel, captadores de disco y de torre central
      7. Chimeneas solares
   3. Helióstatos: sistemas de seguimiento
      1. Orientación e inclinación de los captadores termoeléctricos
      2. Fundamentos del seguimiento solar
      3. Seguimiento en colectores cilindro-parabólicos
      4. Seguimiento en discos parabólicos y en centrales de torre
   4. Fluido caloportador de trabajo
      1. Características térmicas del fluido caloportador
      2. Fluidos utilizados en la actualidad
   5. Almacenamiento e hibridación de potencia
      1. Características y ventajas del almacenamiento térmico
      2. Tipologías de almacenamiento térmico
      3. Hibridación de centrales termosolares con otras tecnologías
   6. Conversión de potencia eléctrica y sistemas auxiliares
      1. Conducciones, aislamiento y grupos de impulsión
      2. Compresores, soplantes y turbinas
      3. Valvulería industrial
      4. Intercambiadores de calor
      5. Conversión eléctrica: generador
      6. Regulación, control y monitorización de instalaciones termosolares
   7. Aspectos económicos de la energía solar termoeléctrica
      1. Distribución de costes actuales y perspectivas de crecimiento
      2. Comparación de tecnologías
      3. Posicionamiento en el mercado eléctrico español
   8. Futuras líneas de I+D solar termoeléctrica
      1. Optimización de tecnologías y minoración de costes
      2. Generación directa de vapor
      3. Mejora de algoritmos de control: lógica difusa
      4. Análisis exergético
      5. Aplicaciones adicionales: producción de hidrógeno
   9. Anexo: Normativa y legislación de aplicación
3. MÓDULO - Cálculo, diseño y simulación de instalaciones termosolares
   1. Criterios básicos de diseño de plantas termosolares
      1. Introducción
      2. Tamaño de unidades funcionales y ubicación seleccionada
      3. Diseño conceptual: sistemas y elementos
      4. Comparativa energía solar termoeléctrica versus fotovoltaica
      5. Realidad industrial y oportunidad histórica para España
   2. Proyectos emblemáticos en energía termosolar
      1. Plantas SEGS
      2. Plataforma solar de Almería
      3. Nevada Solar One
      4. Andasol-1
      5. Alvarado-1
      6. Ibersol Puertollano
      7. Gemasolar
      8. Puerto Errado-2
      9. Desertec
   3. Ciclos termodinámicos de potencia
      1. Concepto de máquina térmica aplicada a sistemas termosolares
      2. Superficies de estado y diagramas termodinámicos
      3. Ciclo de Rankine de potencia
      4. Mejoras del ciclo de Rankine de potencia
      5. Ecuaciones de balance para procesos estacionarios
      6. Expresiones adicionales para el ciclo de Rankine de potencia
   4. Análisis fluídico de plantas termosolares
      1. Flujo laminar y turbulento en conductos circulares: diagrama de Moody
      2. Flujo laminar en conductos no circulares
      3. Flujo en secciones no circulares: pérdidas de carga en singularidades
      4. Bombas centrífugas: triángulos de velocidades, alturas y par motor
      5. Ecuación general de las bombas centrífugas y curva característica
      6. Variación de las curvas características: superficie característica y colina de rendimientos
      7. Punto de funcionamiento de una bomba y zonas de inestabilidad
      8. Potencias y rendimientos de las bombas centrífugas
      9. Cavitación y alturas relevantes de bombas centrífugas
      10. Acoplamiento en serie y paralelo de bombas centrífugas
   5. Estudios de sistemas eléctricos
      1. Datos de partida y condiciones de diseño generales
      2. Sistema de generación eléctrica, centro de fuerza y de control
      3. Motores
      4. Servicios esenciales
      5. Cables, canalizaciones y puesta a tierra
      6. Alumbrado, tomas de corriente y protecciones eléctricas
      7. Motores de seguidores solares
   6. Cálculos mecánicos y obra civil
      1. Materiales de construcción: hormigones, morteros y aceros
      2. Tipos de solicitaciones
      3. Cálculo de esfuerzos y deformaciones estructurales
      4. Cimentación de los tanques de almacenamiento
      5. Cimentación de los intercambiadores de calor
   7. Partes constitutivas del proyecto de ingeniería
      1. Necesidad e importancia del proyecto: cálculo y diseño previo
      2. Definición
      3. Anteproyecto
      4. Memoria descriptiva, cálculos justificativos, planificación temporal del proyecto y estudio de impacto ambiental
      5. Planos de ingeniería básica y de detalle
      6. Pliego de condiciones
      7. Presupuesto
      8. Estudio de viabilidad económico-financiera
   8. Estudio de seguridad y salud
      1. Introducción
      2. Objetivos y alcance del estudio
      3. Datos generales de prevención
      4. Datos de la obra
      5. Normas de seguridad a observar durante la realización de los trabajos
      6. Análisis y evaluación de riesgos
   9. Herramientas informáticas de cálculo, diseño y simulación
      1. Introducción
      2. Sensol
      3. Soltrace
      4. Thermoflow
      5. Trnsys y Stec
      6. Ipsepro
      7. Solaris
      8. Greenius Free y Through View