La guerra entre Rusia y Ucrania ha puesto de manifiesto la crítica dependencia energética de la UE y ha desatado la publicación de directivas y comunicaciones oficiales de la CE relacionadas con la energía. Desde el plan REPowerEU hasta la Estrategia de Energía Solar de la UE, todos los mensajes afirman que la energía solar para electricidad y calor es fundamental para eliminar la dependencia de la UE del gas natural ruso. Junto con el despliegue masivo de la tecnología fotovoltaica, incluido la industrialización de toda la cadena de valor en Europa, el calor solar y la energía solar de concentración (CSP) con grandes sistemas de almacenamiento térmico se han identificado como tecnologías esenciales para lograr dicha independencia energética.
Además, los objetivos de la UE para 2030 no pueden ser alcanzados sin la rápida implantación en toda la UE de tecnologías renovables para la descarbonización del calor. En este contexto, el calor industrial representa el 70% de la demanda de energía industrial y la mayor parte puede ser suministrada por colectores solares o por energía solar de concentración, desde los 100°C hasta más de 500°C. Sin embargo, los obstáculos administrativos y el desfase entre los plazos de amortización de estas inversiones y las necesidades financieras de la mayoría de los agentes industriales están dificultando en gran medida el despliegue masivo de estas tecnologías.
En consecuencia, como se reclama en la Estrategia de Energía Solar de la UE, se requiere investigación e innovación, así como apoyo financiero, para seguir reduciendo el coste de las tecnologías de energía solar, aumentando al mismo tiempo su eficiencia energética y su sostenibilidad, incluida su fabricación. Estas nuevas tecnologías incluyen, entre otras, las tecnologías solares térmicas y la CSP, así como productos adaptados a formas innovadoras de despliegue de estas tecnologías.
En este contexto, CENER (Centro Nacional de Energías Renovables ) está trabajando activamente en el desarrollo de nuevas tecnologías e innovaciones que buscan liberar definitivamente el vasto potencial de las tecnologías termosolares para descarbonizar la demanda de calor y electricidad de la UE. Un enfoque innovador que busca un avance disruptivo en las tecnologías CSP es el proyecto MOSAIC.
La configuración MOSAIC utiliza una aproximación de espejo fijo y receptor móvil, utilizando un único sistema de seguimiento, que sustituye a los costosos accionamientos de los miles de heliostatos de las centrales termosolares comerciales, consiguiendo altos ratios de concentración, alta eficiencia térmica y altas temperaturas de funcionamiento, al tiempo que se reducen sustancialmente los costes. Esto es posible aprovechando las propiedades de los concentradores esféricos en los cuales la radiación solar se concentra en una única línea que se mueve a lo largo del día como lo hace el sol.
Este concepto innovador se ha validado en un entorno relevante mediante el diseño, la optimización, la construcción y la operación de un prototipo en Sangüesa, España.
El elemento más impresionante del prototipo MOSAIC es el campo solar fijo, que actúa como concentrador de los rayos solares y está compuesto por 43 módulos de espejos divididos en 3 zonas Fresnel para reducir el coste de construcción: un casquete central y 2 anillos concéntricos. Durante el proceso de optimización, se ha analizado la cantidad de energía reflejada por cada espejo a lo largo del año para identificar las zonas de espejos menos rentables y eliminarlas para conseguir tanto altas concentraciones como bajos costes de ejecución.
El receptor móvil está formado por tres tubos helicoidales paralelos enrollados en un cilindro para balancear la energía captada debido a la desigual distribución del flujo. Dos mangueras flexibles conectan el receptor móvil con el resto del circuito térmico. Todo este circuito térmico está integrado en un skid en la parte superior de la torre central. Esta torre también incluye un horno para proteger y calentar el receptor, asegurando que esté listo para funcionar en cualquier momento.
Por último, un sistema de seguimiento diseñado específicamente para este sistema mueve el receptor a lo largo del día y del año, cubriendo una amplia gama de posiciones. Para reducir los costes y aumentar la sencillez, manteniendo una gran precisión, el receptor se desplaza mediante cables accionados suspendidos por mecanismos de tracción en cuatro sencillas torres (una en cada esquina del campo solar).
En octubre de 2021, el sistema funcionó con éxito por primera vez y, desde entonces, cada día, el receptor sigue el reflejo del sol para captar los 300 kW de radiación concentrada del campo solar. Un sistema de control global sincroniza el movimiento del receptor y el circuito térmico para que todo el sistema funcione bajo el sol.
No obstante, esto es sólo el comienzo del desarrollo de esta nueva tecnología. Con la experiencia adquirida y los datos obtenidos, CENER y sus socios están trabajando en nuevas configuraciones más eficientes y de menor coste. Los desarrolladores de MOSAIC ya pueden definir, con los datos en la mano, qué configuración de espejos es más eficiente, se puede montar más rápidamente y es la más barata. Asimismo, el funcionamiento del sistema permite identificar cómo mejorar el sistema de posicionamiento, formas más robustas de conocer su posición y maneras más sencillas de captar y aprovechar el calor generado.
Los próximos pasos se centrarán en allanar el camino para la comercialización de este concepto, aprovechando la experiencia adquirida con el prototipo y mejorando la O&M mediante la introducción de Inteligencia Artificial para permitir modos operativos 100% automáticos. Además, aprovechando su enfoque modular y flexible tipo semi-Fresnel, es posible adaptar los diseños a las aplicaciones térmicas y eléctricas según las necesidades del cliente.
«This project has received funding from the European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme under grant agreement No. 727402»
