Abengoa Solar

Abengoa Solar y la Innovación

La innovación y el desarrollo de nuevas tecnologías son para Abengoa Solar una prioridad. El objetivo es ofrecer tecnologías capaces de generar energía limpia con un coste competitivo frente a las fuentes fósiles.

El sector de la energía solar es relativamente joven y muy dependiente de la tecnología por lo que la innovación es un aspecto clave que debe permitir el desarrollo de mejores tecnologías con costes competitivos frente a las energías fósiles, incluyendo el coste de las emisiones de CO₂. La reducción de costes vendrá motivada por dos factores principales: el incremento del volumen del mercado y la introducción de nuevas tecnologías más eficientes. Es en este último punto donde la innovación juega un papel importantísimo.

Para Abengoa Solar el desarrollo de una tecnología propia en el departamento de I+D+i le otorga una gran ventaja competitiva en el mercado, factor que es de particular relevancia al estar la compañía presente en varias fases de la cadena de valor, como son la fabricación de componentes tecnológicos, la promoción de plantas o la operación y el mantenimiento de los activos, entre otras.

Por este motivo Abengoa Solar realiza importantes esfuerzos en el campo de la investigación, el desarrollo y la innovación, que se caracterizan por:

• Una presencia global, con un equipo de más de cien personas y centros de investigación en diferentes partes del mundo como Sevilla y Madrid, en España, y Denver (Colorado), en EEUU.
• La colaboración con instituciones líderes en el mundo (como, por ejemplo, el Instituto de Energía Solar-UPM, el Ciemat y las principales universidades españolas; el NREL, la Universidad de Rochester y la de California Merced, en EEUU, o la DLR y el Fraunhoufer ISE de Alemania).
• La financiación de proyectos mediante dos fuentes diferenciadas y complementarias. Por un lado, gracias al gran esfuerzo inversor de la propia compañía, y por otro, mediante los programas de ayudas y subvenciones públicas existentes tanto en España como en la Unión Europea y EEUU. Así, los principales programas de ayuda a la innovación y las principales financiaciones públicas conseguidas durante 2010 han sido:
  • En España, por tercer año consecutivo, se continúa con el proyecto Cenit Consolida, con un presupuesto total de 24 M€. Además, en tecnología fotovoltaica se participa en los proyectos Cenit Sigmasoles y Cenit Liquion.
  • También en España se ha continuado trabajando en tres proyectos financiados por el CDTI.
  • En EEUU Abengoa Solar ha conseguido del Departamento de Energía (DOE) un proyecto de I+D para el desarrollo de una nueva tecnología de torre solar. Mientras tanto se sigue trabajando en cuatro proyectos con la misma institución.

 

Resumen de la Innovación de Abengoa Solar en 2010

Durante 2010 el equipo de I+D+i ha continuado creciendo, desarrollando sus capacidades en las áreas principales de investigación y construyendo instalaciones piloto que permiten probar nuevas tecnologías a pequeña escala en condiciones reales de operación.

Con la operación de varias plantas de demostración en 2010 se ratifica la estrategia de Abengoa Solar en el campo de las nuevas tecnologías, que consiste en desarrollarlas y probarlas en plantas de pequeña escala (plantas piloto) con el fin de aplicarla después a grandes plantas comerciales.

Los proyectos de investigación e innovación tecnológica de Abengoa Solar se desarrollan siguiendo la metodología Stage-Gate con el objetivo de alcanzar así un marco de excelencia en su desarrollo y gestión y de alinearse con los objetivos estratégicos de la organización. En este procedimiento de gestión de la I+D+i los proyectos evolucionan según etapas o fases (Stages) consecutivas, condicionadas a su correspondiente evaluación (Gates), en la que se valora el grado de consecución de los objetivos y el potencial del proyecto.

En una primera fase se concreta el proyecto que se va a ejecutar y se elaboran las primeras tareas de investigación. A continuación se lleva a cabo el análisis y una modelización teórica y práctica de la solución, incluyendo la búsqueda de proveedores, la firma de contratos de colaboración, etc. Es en la siguiente fase cuando se construye un prototipo o planta de demostración para que, en la última fase, se puedan analizar los datos que ofrece la planta tras su operación y validar el sistema de demostración antes de afrontar la fase comercial a gran escala.

Estas plantas piloto ofrecen la posibilidad a Abengoa Solar de enfrentarse a los principales retos tecnológicos existentes, retos que se pueden resumir en dos principales: el aumento de la eficiencia de conversión de energía solar en eléctrica, y la reducción de costes. Concretamente, permiten testar:

• Mayores temperaturas de operación. El principal beneficio es el incremento de la eficiencia en la conversión de energía solar en eléctrica, al lograr incrementar el rendimiento del ciclo de potencia.
• Nuevos materiales para soportar las altas temperaturas y los gradientes a los que se ven sometidos durante cada ciclo de explotación, que, o bien no están lo suficientemente desarrollados o resultarían muy caros en una aplicación comercial de hoy en día.
• Nuevos sistemas de almacenamiento térmico que permitan gestionar el suministro de energía para poder proporcionar electricidad a la red en los periodos demandados. No hay que olvidar que esta es una de las principales ventajas de la tecnología termosolar frente a otras energías renovables que no son gestionables. Además, un sistema de almacenamiento consigue aumentar la disponibilidad y la capacidad de la planta, aparte de reducir el número de arranques y paradas de la turbina.
• Utilización de nuevos fluidos caloportadores, como el agua para la generación directa de vapor, que evitaría los costosos intercambiadores de calor y su pérdida de rendimiento asociada, o el uso de sales fundidas para lograr temperaturas de operación mayores.
• Mejoras en el control y operación de la planta que incrementen las eficiencias y la fiabilidad.
• Desarrollo de tecnología fotovoltaica de concentración para que la generación eléctrica pueda resultar competitiva en plantas situadas en las regiones de mayor radiación solar, también conocido como el cinturón solar.
• Integración de soluciones fotovoltaicas en edificios y centros de producción distribuida.
• Almacenamiento eléctrico que permita adecuar la generación fotovoltaica y el consumo eléctrico, así como mejorar la integración fotovoltaica en la red.

En línea con estos retos, la empresa ha continuado operando varias plantas piloto en la Plataforma Solúcar (Sanlúcar la Mayor, Sevilla) durante 2010, que han conseguido confirmar varios conceptos innovadores clave para la industria:

• Operación de torre a alta temperatura, como el proyecto Eureka, que a diferencia de los proyectos PS10 y PS20 opera con vapor sobrecalentado que se genera en un segundo receptor y alcanza temperaturas superiores a los 500º C. La planta se puso en funcionamiento a principios de 2009.
• Durante 2010 se ha avanzado en la ingeniería de otros conceptos de plantas con receptor central de tercera generación; el objetivo es iniciar la construcción de plantas pilotos en 2011.
• Certificación del agua como alternativa al aceite en los lazos de CCP. La planta de Generación Directa de Vapor (GDV) que comenzó también su puesta en marcha a principios de 2009, está sirviendo para ratificar el sistema de control desarrollado por Abengoa Solar, uno de los retos principales de esta tecnología.
• Validación del almacenamiento térmico. La operación de una planta de demostración de sales fundidas desde 2009 ha permitido obtener una gran experiencia en el uso de este fluido como almacenamiento de energía en forma de calor sensible y cuantificar el rendimiento global de ese tipo de almacenamiento.

Al igual que sucede con la tecnología termosolar, la fotovoltaica también se plantea el reto de desarrollar sistemas que generen electricidad a un coste competitivo respecto al resto de fuentes, renovables o convencionales.

Respecto fotovoltaica, para Abengoa Solar es clave desarrollar y explotar ciertas tecnologías de forma eficiente. Durante 2010 se han llevado a cabo los siguientes proyectos:

• Desarrollo de un nuevo módulo de alta concentración fotovoltaica, lo que permite alcanzar eficiencias muy elevadas.
• Desarrollos novedosos de tecnología fotovoltaica en el área de nuevos materiales. Estos desarrollos se llevaron a cabo en el Centro de I+D de Sevilla.
• Desarrollo de una herramienta experimental con la que analizar el coste de producción energética de diferentes tecnologías y configuraciones.

Como resultado de esta actividad de I+D+i, Abengoa Solar posee tecnología propia que protege mediante patentes. De este modo la empresa es titular de derechos de prioridad sobre varias invenciones relevantes y cruciales del sector solar, lo que en 2010 ha dado lugar a la solicitud de 25 patentes.

 

Programas de I+D

El programa de I+D en el Grupo de Negocio Solar se divide en cuatro grandes pilares:

Tecnología de Receptor Central y Torre

El desarrollo de esta tecnología ha supuesto para Abengoa Solar el principal exponente diferenciador frente al resto de competidores del sector.

La apuesta por las plantas de torre y los helióstatos supone una clara orientación hacia la búsqueda de mayores eficiencias, especialmente en la componente solar de la planta, que ha sido reconocida internacionalmente como cualidad distintiva de Abengoa Solar.

Durante 2010, además de la ya mencionada operación de la planta Eureka para la producción de vapor sobrecalentado, se han llevado a cabo proyectos de I+D+i relacionados con uno de los componentes principales de este tipo de plantas: el receptor.

En el proyecto Eureka se pretendía abarcar nuevos retos en la tecnología de torre, cuya fiabilidad, tras la puesta en marcha de la PS20, está sobradamente demostrada. Así, esta torre solar de segunda generación consigue alcanzar mayores temperaturas mediante la producción de vapor sobrecalentado, lo cual mejora la eficiencia global del ciclo de vapor. La planta consta de 35 helióstatos y una torre de 50 m donde se aloja el receptor de vapor sobrecalentado experimental. La potencia aproximada de la planta es de 3 MW térmicos.

Dentro de la tecnología de torre, las actuaciones de I+D no solo se centran en la tecnología de vapor. Dos nuevos proyectos, que empezaron en 2009, han puesto sus miras en dos fluidos muy diferentes: las sales fundidas y el aire.

El proyecto CRS Sales, cofinanciado por el CDTI, consiste en el diseño y fabricación de un prototipo de receptor solar de torre en el que el fluido caloportador es una mezcla de sales fundidas; su finalidad es estudiar la viabilidad técnica y económica, a mayor escala, de una planta con esta tecnología.

El proyecto Solugás (cofinanciado por el 7.º Programa Marco, PM, de la Unión Europea), que comenzó en 2008, pretende demostrar el funcionamiento de torres a mayor temperatura con aire como fluido caloportador y un ciclo de gas en lugar de vapor.

En ambos proyectos se ha avanzado en la fase de ingeniería con el objetivo de iniciar próximamente la construcción de las instalaciones de demostración.

Asimismo, durante 2010 se ha desarrollado un nuevo helióstato que permite reducir los costes en casi un 30 %.

Colectores Cilindroparabólicos (CCP)

En la tecnología de CCP existe un gran potencial de mejora en un elevado número de componentes, desde la estructura a la fijación de espejos, tubos e interconexiones. En Abengoa Solar se estudian todos estos componentes y en las instalaciones prototipo de la Plataforma Solúcar se prueban además diferentes configuraciones que, en una búsqueda incesante del punto óptimo, garanticen la máxima eficiencia a costes competitivos.

Desde 2007 se cuenta con un lazo experimental formado por cuatro colectores cuyo fluido caloportador es aceite térmico, lo que ha permitido evaluar las posibles mejoras ópticas y térmicas e identificar todos los componentes claves de la tecnología. Este banco de pruebas, único en su sector, ha permitido obtener un conocimiento práctico del funcionamiento de una planta para trasladarlo a las plantas comerciales en construcción y operación.

Además, en 2010 se ha continuado con la operación de la planta de GDV. Esta planta está formada por tres lazos por los que circula vapor. Con esta tecnología se elimina el intercambiador aceite-vapor, aumentando así la eficiencia global de la planta. Por otra parte, el control necesario en esta tecnología de generación directa es mucho más crítico que en el caso del aceite térmico, puesto que al coexistir dos fases en el tubo receptor la inestabilidad es superior.

Asimismo, se están desarrollando dos nuevos colectores con distintos materiales para evitar cualquier riesgo derivado de los posibles cambios en los costes de las materias primas.

Dentro del proyecto Cenit Consolida se continúa trabajando en la mejora de los componentes y los fluidos de transferencia, buscando en estos últimos la máxima durabilidad y el mínimo impacto medioambiental.

Tecnologías de Almacenamiento

La tecnología de plantas termosolares para producir energía eléctrica está alcanzando el grado de madurez necesario para consolidarse como una opción alternativa a las centrales térmicas convencionales, aunque esto implica resolver las aspectos más problemáticos de este tipo de instalaciones. Entre ellos está la estacionalidad de la fuente de energía (el sol), que obliga al diseño de grandes sistemas acumuladores, lo que a su vez condiciona extraordinariamente la planificación de la operación basada en los niveles instantáneos de insolación y en la reserva de energía.

En función del fluido de transferencia principal de la planta: vapor o aceite térmico, ha de diseñarse un sistema de almacenamiento adecuado: en calor latente o en calor sensible, respectivamente.

Para el caso del aceite térmico, en plantas de CCP se usa un almacenamiento térmico por calor sensible. Este almacenamiento consiste en poner en contacto un cuerpo a alta temperatura (por ejemplo, un fluido caloportador) con un medio líquido, sólido o gas a temperatura más baja que será la base del almacenamiento. El resultado de este proceso es el aumento de la temperatura del medio de almacenamiento. Utilizando el calor sensible del material, este medio irá almacenando energía a medida que su temperatura aumenta.

Esta tecnología se ha seguido probando durante el año 2010 en una instalación experimental, lo que ha producido un aprendizaje en operación y optimización que será de un enorme valor en la construcción de las próximas plantas comerciales con almacenamiento, como la planta Solana, de 280 MW, que se va a construir en Phoenix (Arizona, EEUU).

Para el caso de intercambio con un fluido con cambio de fase como es el vapor, la tecnología de almacenamiento ha de aprovechar la energía asociada al cambio de fase de un material o mezcla de materiales. Aunque es una tecnología incipiente, Abengoa Solar ya ha participado anteriormente en varios proyectos de investigación relacionados con el almacenamiento con cambio de fase, como, por ejemplo, el proyecto Distor, que desarrolló un prototipo que fue probado en la Plataforma Solar de Almería.

Por otra parte, Abengoa Solar ha participado en varios proyectos para producir hidrógeno a partir de la energía solar térmica y fotovoltaica que puede ser usado como medio de almacenamiento de energía.

Tecnología Fotovoltaica

Fotovoltaica de Concentración (CPV)

En colaboración con el National Renewable Energy Laboratory (NREL) y con varias universidades de Estados Unidos se están desarrollando nuevos conceptos en concentración fotovoltaica, entre los que cabe destacar una nueva generación de concentradores fotovoltaicos Fresnel, un sistema de baja concentración semiestática y otras tecnologías innovadoras. Estos nuevos conceptos están llamados a ocupar, a medio plazo, un lugar de privilegio entre los sistemas fotovoltaicos capaces de generar electricidad a costes competitivos.

Es destacable asimismo el esfuerzo desplegado en el desarrollo de seguidores solares para aplicaciones fotovoltaicas de concentración. Así, se ha completado con éxito la instalación de varios de estos dispositivos de tecnología CPV situados en una planta de 400 kW en el Instituto de Sistemas Fotovoltaicos de Concentración (ISFOC) de Puertollano (Ciudad Real, España).

Tecnologías con Nuevos Materiales

Abengoa Solar tiene previsto construir un centro tecnológico de I+D en la provincia de Sevilla (España), donde se llevarán a cabo investigaciones aplicadas de nuevos materiales, células fotovoltaicas, prototipos y tecnologías de lámina delgada fotovoltaica. El conocimiento generado contribuirá a disponer de tecnologías propias y competitivas que permitan crear futuros planes de industrialización de Abengoa Solar.

Laboratorio Fotovoltaico

El laboratorio fotovoltaico construido en 2008 ha permitido ensayar y medir el funcionamiento de todo tipo de sistemas fotovoltaicos en condiciones reales de operación. A partir de los datos recogidos se ha creado una herramienta experimental con la que analizar el coste de producción energético de diferentes tecnologías y configuraciones, prevenir y solucionar problemas durante la vida de los sistemas fotovoltaicos e identificar la tecnología y la configuración óptimas para diferentes tipos de instalaciones.