Alimentar calor desde el sol hacia adentro de las plantas de energía manejadas por carbón podría ser la manera más barata de expandir simultáneamente el uso de energía solar y recortar la gran cantidad de rastros de carbono que emiten las plantas de carbón.

Al menos eso es lo que espera la Electric Power Research Institute (EPRI), una organización sin fines de lucro apoyada por la industria de la energía. La semana pasada, el instituto lanzó un estudio de nueve meses de duración y un costo de U$D 640.000 para identificar la escala de la oportunidad y los desafíos de ingeniería involucrados en hacer que estas aparentemente disímiles tecnologías trabajen juntas. El estudio examinará el uso potencial de la tecnología termo-solar en dos plantas de energía que funcionan a carbón, en Nueva York y Carolina del Norte.  

Combinando la energía solar con los combustibles fósiles no es una idea totalmente nueva: más de media docena de plantas nuevas y existentes de energía que funcionan con gas natural están siendo diseñadas o adaptadas para incorporar la tecnología termo-solar, que involucra capturar el calor generado utilizando campos con espejos y tubos de re-colección de calor.

Re-equipar a las plantas de energía existentes es una opción de bajo costo para los proyectos termo-solares ya que los motores a vapor que se necesitan se consiguen sin pagar un céntimo. Tal es el caso de la enorme planta de energía de gas natural y petróleo operada por la empresa de servicios Florida Power and Light (FPL) en Martin County, FL, donde la construcción de un campo recolectora termo-solar de 180.000 espejos que cubre alrededor de 200 hectáreas comenzó en diciembre de 2008. Las turbinas de vapor pueden representar el 30% del costo de una sola planta termo-solar.

El campo solar de FPL proveerá hasta 75 megavatios de la planta de Martin County que posee una capacidad de 3.705 megavatios al alimentar el vapor generado por el sol dentro de la turbinas de vapor de la planta. Esta energía solar es justamente lo suficiente como para reemplazar el vapor actualmente generado utilizando unos quemadores de “ducto” algo ineficientes que emplean más gas para incrementar el calor que se alimenta dentro de las turbinas de vapor durante los picos de mayor demanda de energía.

Las plantas híbridas solares/gas natural de energía construidas especialmente para un propósito, tales como aquellos siendo construidos por Flagsol GmbH en Egipto y por  Abengoa, una empresa española que desarrolla la energía solar en Marruecos y Argelia, deberían impulsar aún más la eficiencia. El calor proveniente de los campos recolectores de sol será mezclado con el calor proveniente de las turbinas de gas para producir vapor más caliente. En las plantas de gas re-equipadas o las plantas termo-solares únicas, el vapor que se genera directamente desde los recolectores solares sale a 400° C. En una planta híbrida (fabricada por un propósito definido), este calor puede generar vapor de 500 a 550° C cuando se combina con el calor ya utilizado para energizar el generador de vapor, lo cual significa que es una operación mucho más eficiente.

Pero la eficiencia general de las plantas solar-gas híbridas y re-equipadas todavía es limitada. Eso se debe a que una turbina de vapor a gas que ha sido modificada para acomodar el calor residual y también el calor solar, sufrirá una penalidad de eficiencia al funcionar con carga parcial cada vez que el sol se pone. Esto es parte de la razón por la cual ninguna de las plantas solares-gas híbridas que se encuentran en vías de construcción confían en la luz solar para más del 15% de su energía.

En contraste, las plantas de energía a carbón no sufren de esta limitación de eficiencia puesto a que ya se encuentran produciendo electricidad al utilizar principalmente una turbina a vapor. Mientras que el sol se sale y se pone, la alimentación de carbón a los quemadores puede ser ajustado para mantener constante la producción de calor y la turbina a vapor funcionando a toda máquina.

Paul Nava, gerente general de Flagsol GmbH, una empresa de ingeniería solar con su base en Colonia, Alemania, que está comisionando una planta termo-solar de energía de 50 megavatios llamada Andasol 1 en Andalucía, España, sostiene que las grandes plantas a carbón podrían fácilmente absorber de 200 a 400 megavatios de energía termo-solar, rivalizando con los proyectos únicos de energía termo-solar que se encuentran en vías de construcción y dejando muy atrás a las instalaciones fotovoltáicas en un orden de magnitud. Y gracias a la intensidad de carbono del carbón, el beneficio de emisiones será aún más grande. FPL estima que la combustión de combustible desplazado por los recolectores solares en Martin County será equivalente a las emisiones a lo largo de todo el sistema de CO₂ de 2,75 millones de toneladas a lo largo de sus treinta años de vida – el equivalente de remover más de 18.700 carros de los caminos cada año. Sin embargo el mismo campo de recolección solar en una planta de carbón debería desplazar alrededor del doble de esa cantidad de CO_2.

Cara Lobby, gerente del proyecto termo-solar híbrido de EPRI, dice que reducir las emisiones de carbono es la motivación detrás del estudio de factibilidad de nueve meses. La idea consiste en definir una opción de bajo costo para los miembros industriales de la EPRI para que puedan mantenerse dentro de los estándares de portfolio renovables implementados por muchos estados, y de prepararse para las normas federales sobre el carbono que se supone pondrá un precio sobre cada tonelada de CO_2. que sus plantas liberan.

Existen dos cosas, sin embargo, para tener en cuenta. La mayoría de las plantas de energía –gas natural, carbón u otro – no tendrá la combinación de sol fuerte y terreno chato y abierto requerido para albergar un campo de recolección termo-solar. “Lo que normalmente se subestima es la distancia hasta el campo solar,” dice Nava. “Se ven propuestas donde existe un área y tal vez esté a dos kilómetros de distancia. Esa transferencia de calor a larga distancia es muy costosa.” El afirma que aún esas plantas con el sol y el espacio justos no se lograrán hasta que los gobiernos les adose con un precio firme sobre las emisiones de carbono provenientes del carbón – algo que muy poco políticos han estado dispuestos a hacer – para justificar el cambiar el carbón poco costoso por la energía termo-solar algo más oneroso. “La integración es muy fácil,” declara Nava. “Es simplemente un tema regulatorio y político.”

Los que se encuentran desarrollando la energía termo-solar dicen que muchos más proyectos, incluyendo los de grandes planes con plantas a carbón,  podrían impulsar la tecnología naciente hacia delante, “Los campos de recolección solar están en las primeras etapas de desarrollo,” afirma Nava. “Si existieran más proyectos, eso incrementará definitivamente los recursos.”