El Jurado del Premio al Artículo Científico del Trimestre de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería, reconociendo la alta calidad de todas las publicaciones a concurso, tras las deliberaciones oportunas en las que se tienen en cuenta criterios basados en varios indicadores bibliométricos, ha decidido por unanimidad de sus componentes, otorgar el Premio al Artículo Científico del Trimestre de la ETSI: octubre-diciembre 2021, al siguiente trabajo: “Techno-economic and operational assessment of concentrated solar power plants with a dual supporting system”, Applied Energy, vol. 302, November 2021, desarrollado por Raúl Ernesto Gutiérrez Álvarez, Pedro García Haro y Alberto Gómez Barea.  DOI 10.1016/j.apenergy.2021.117600

Aunque las centrales de energía solar térmica concentrada (CSP) son tecnologías comerciales, en los últimos años su despliegue a una mayor escala se ha limitado debido a sus elevados costos de inversión y a una mayor complejidad en relación con otras tecnologías. No obstante, el rol que pueden jugar estos sistemas como proveedores renovables de electricidad gestionable puede ser crucial para la descarbonización de las redes eléctricas futuras. Se espera que los servicios auxiliares que las centrales de energía renovable gestionable (dispatchable) pueden entregar al sistema eléctrico favorecerán una mayor participación de las tecnologías renovables intermitentes y de menor costo como la solar fotovoltaica y la eólica.

Debido a su capacidad de contar con sistemas de almacenamiento térmico de energía (TES), las centrales CSP son capaces de generar electricidad cuando el sol se oculta, evitando por unas horas la necesidad de operar plantas de ciclo combinado de gas natural. Sin embargo, para poder operar como plantas de carga base, las plantas CSP requieren de sistemas de respaldo adicionales al TES y que puedan gestionarse, pero manteniendo su naturaleza renovable. En este sentido, la hibridación entre CSP y sistemas de conversión de biomasa surge como una alternativa interesante para incrementar por un lado el desempeño de las plantas CSP y aliviar por otro lado los riesgos asociados al consumo de grandes cantidades de biomasa en centrales de bioenergía.

En nuestro estudio se presenta un análisis detallado de los beneficios de la integración de un sistema de respaldo dual completamente renovable (basado en biomasa y almacenamiento de energía térmica) en las plantas CSP. Se han tomado como casos de estudio, el recurso solar de Sevilla y dos plantas de 50 MWe de capacidad cada una, basadas en las tecnologías de colectores cilindro-parabólicos y de torre solar. En ambos casos con la integración de una caldera de biomasa y con un modo de hibridación en paralelo al bloque de potencia. Además, se han propuesto y modelado 7 estrategias de operación para la caldera de biomasa en combinación con 5 niveles de capacidad para el sistema de almacenamiento térmico (de 0 a 20 horas). Finalmente, la metodología del Proceso Analítico Jerárquico (AHP) fue utilizada como herramienta de decisión multicriterio para evaluar comparativamente el desempeño técnico, económico y operacional de todos los casos propuestos.

Los resultados muestran que la participación de la biomasa de respaldo favorece el funcionamiento del sistema como planta de carga base, aumentando el factor de capacidad (CF) hasta en un 71%, la eficiencia eléctrica neta hasta en un 10%, y reduciendo el coste de generación hasta en un 56%, en comparación con las plantas CSP autónomas. Para el recurso solar considerado (Sevilla), se pueden conseguir unos costes de generación razonables (0.153 USD/kWh) para una compensación equilibrada entre biomasa y TES, permitiendo al mismo tiempo un suministro de energía firme (CF ≥ 80%) y reduciendo la flexibilidad requerida a la caldera. La inclusión de grandes capacidades de TES reduce a la mitad la demanda anual de biomasa y acentúa la complementariedad estacional entre los recursos solares y de biomasa. Finalmente, las plantas CSP con un sistema de respaldo dual representan una opción prometedora para localizaciones en las que los recursos solares y de biomasa tienen una disponibilidad moderada.

Este premio está financiado mediante una Ayuda para Actividades de Divulgación Científica del VII Plan Propio de Investigación y Transferencia de la Universidad de Sevilla.