La CSP supera a la energía fósil en la desalinización agrícola

SkyFuel y WaterFX acaban de completar con éxito un proyecto piloto de desalinización solar en seis meses situado en Panoche Water District (California). Estos son los motivos por los que la desalinización térmica de terreno agrícola podría suponer un cambio en la situación del sector de la CSP.

WaterFX, incluso comprando equipamiento de generación de energía solar a un fabricante de CSP, es capaz de vender al distrito de agua por la mitad del precio que el de la desalinización alimentada por fósil. Cada unidad de SkyFuel de 1980 m2 proporciona el suficiente vapor para desalinizar en torno a 246 000

Con California en medio de una sequía de proporciones épicas, una planta piloto de desalinización solar muy oportuna acaba de completar su período de prueba. Durante los últimos seis meses, se ha eliminado del agua de drenaje muy contaminada el selenio y otros minerales tóxicos que se acumulan en terreno agrícola y se ha vuelto a utilizar en uno de los condados más secos de California.

La instalación piloto muestra el funcionamiento de Aqua4 de WaterFX, un destilador solar que emplea energía de concentración solar (CSP, por sus siglas en inglés) para suministrar vapor a un proceso de destilación por múltiple efecto. Un único colector cilindroparabólico de 480 kW propiedad de SkyFuel, de 115 m de largo por 6 m de ancho, suministró el vapor.

Ahora, WaterFX ha comenzado a recopilar el sistema de tamaño comercial que desalinizará 170,3 litros por minuto o 7,6 millones de galones al día. Para finales de 2014 funcionará el sistema completo de destilación.

La versión en tamaño completo consiste en el sistema de destilación y dos de las unidades modulares de recogida termosolar de CSP con una producción de 480 kW cada una junto a almacenamiento térmico durante las 24 horas al día de producción de vapor.

Diseño de almacenamiento térmico personalizado

Aunque no se empleó almacenamiento en la primera fase, el fundador y presidente de WaterFX, Aaron Mandell, con formación en ingeniería, señala que para la segunda la empresa construirá una unidad de almacenamiento que han diseñado de manera interna.

Este almacenamiento térmico, diseñado para temperaturas de entre 165 ºC y 235 ºC, emplea hormigón térmico formulado de manera especial con tubos intercambiadores térmicos incrustados y es muy modular. Esto significa que se puede transportar y montar de manera sencilla y rentable.

El fabricante SkyFuel, con sede en Colorado, es el suministrador del sistema cilindroparabólico y trabaja junto al Laboratorio Nacional de Energías Renovables (NREL, por sus siglas en inglés). Asimismo, ha recibido muchos premios a la innovación.

SkyFuel diseña y fabrica colectores cilindroparabólicos destinados al suministro de calor o vapor para la producción de electricidad o para procesos industriales, de minería y de fabricación, así como tratamiento de aguas residuales y desalinización a cualquier escala con sus espejos ReflecTech flexibles y con gran reflectividad junto a un sistema de seguimiento.

Relación con el proveedor

ATSI, una empresa de EPC general, reunió a las dos empresas y SkyFuel está entre los licitadores de una variedad de tecnologías solares que compiten por ser el suministrador de equipamiento solar.

Mandell señala que no conocían a SkyFuel previamente pero “cuando se convocó la licitación, SkyFuel resultó ser el mejor en rendimiento”.

La colaboración supone una emocionante alineación estratégica, según Bill Hargett, responsable de desarrollo comercial de SkyFuel. Aparte de comprar la instalación solar a SkyFuel, WaterFX subcontrató de manera independiente los calentadores, los depósitos de expansión, los depósitos de nitrógeno, los conductos y las bombas, los medidores y las unidades de alojamiento.

Aunque SkyFuel no tiene un compromiso de colaboración con WFX, tienen futuro en este tipo de aplicación de vapor industrial si bien hasta la fecha su SkyTrough se haya empleado para producir electricidad.

“La tecnología cilindroparabólica encaja mejor con proyectos híbridos para los que, normalmente, no se puede reducir la escala de la CSP de torre energética”, señala Hargett.

Una tecnología económica

SkyFuel afirma que su sistema cuesta en torno a un 20 % menos que los proyectos de CSP a gran escala, en parte, porque no hay necesidad de una construcciónin situ para acoger la fabricación. Tampoco es necesario ningún equipamiento especializado en el proyecto pequeño y sencillo.

En aplicaciones únicamente térmicas, como la desalinización térmica, el SkyTrough se utiliza únicamente para calentar agua para vapor. Entonces, como GlassPoint, al usar tecnología cilindroparabólica solo para calentar vapor destinado a la recuperación mejorada de petróleo, se ahorra dinero ya que no se necesita el bloque energético para producir electricidad, según señala la directora de marketing de SkyFuel, Alison Mason.

De todas maneras, los verdaderos ahorros proceden de su tecnología innovadora de instalación solar.

Su sistema cilindroparabólico patentado, fabricado en su instalación de Colorado, abarca el SkyTrough, un concentrador solar cilindroparabólico; el OnSun, un sistema integrado de seguimiento, control y accionamiento que centra el concentrador en el receptor central; y su película de espejo flexible ReflecTech, que tiene una capa de plata pura que ofrece una gran reflectancia especular.

Como este espejo es simplemente una placa monolítica en vez de la típica serie de facetas de espejos de vidrio, existe una ventaja de eficiencia óptica. A fin de reducir los costes de construcción, esta película de espejo es flexible y se desliza para crear la forma parabólica.

“En realidad, la película está laminada en un refuerzo de aluminio de alrededor de 1 mm de grosor. Una vez que terminamos la laminación y damos forma a los bordes, el panel de espejo es una gran placa semirrígida de 1,5 m de ancho por 6,7 m de largo”, explica Mason.

“Se desliza y las varillas de precisión del colector lo agarran con lo que se denomina un enganche de botón que lo sostiene en la forma parabólica. Incluso con fuertes vientos, no se deforma”.

Un valioso derivado de la desalinización

La desalinización térmica es una aplicación perfecta para la CSP: utiliza vapor para evaporar los residuos.

“El vapor que empleamos para alimentar nuestro sistema de destilación por múltiple efecto es idéntico al que se emplearía en una planta de energía convencional”, indica Mandell.

La destilación térmica resulta mejor para la recuperación de los residuos que la ósmosis inversa, que descarga una corriente residual mucho más húmeda. Por otro lado, la desalinización térmica deja solo 26,5 litros de salmuera por 378,5 galones de agua tratada.

El residuo es un semisólido muy concentrado con minerales y metales que se pueden precipitar de inmediato para la reutilización.

“Terminamos con un derivado que se parece mucho a la sal y del que realmente podemos separar y refinar determinados componentes que serán valiosos”, señala Mandell, que fundó Oasys Water, un proveedor de tecnologías de desalinización y tratamiento de aguas.

“La verdad es que, con el tiempo, podemos ver el derivado como un flujo de ingresos”. Entre los productos que se pueden comercializar se encuentran el yeso, que se emplea en la construcción; el selenio, que se usa en semiconductores; y el boro, que también “se vende por una cantidad importante de dinero”.

Según WaterFX, estos elementos y minerales recuperables podrían generar 2 millones de USD al día.

La solar desaliniza por la mitad del coste

Como el suministrador de equipamiento, no el desarrollador, SkyFuel está tan activamente comprometido en la localización de clientes potenciales como lo está WaterFX. De todas maneras, probablemente no tengan problemas de escasez de clientes. El interés en la solar por la desalinización térmica va en aumento en zonas agrícolas sedientas como California.

En funcionamiento comercial, cada unidad de SkyFuel de 1980 m2 proporciona el suficiente vapor para desalinizar en torno a 246 000 litros al día. Y, la tratarse de un sistema cilindroparabólico modular, se puede aumentar la escala.

WaterFX, incluso comprando equipamiento de generación de energía solar a un fabricante de CSP, es capaz de vender al distrito de agua por la mitad del precio que el de la desalinización alimentada por fósil.

“En un principio, el coste de funcionamiento total de la planta Panoche será de en torno a 450 USD por cada acre-pies. Además, podemos comparar esto con la planta de desalinización Carlsbad , en San Diego, que se está construyendo ahora”, destaca Mandell.

“Su coste de funcionamiento total gira en torno a los 900 USD por acre-pies. Es una reducción del coste del funcionamiento bastante significativa debido al coste de la energía necesaria”.

El mercado es enorme. En Central Valley se general cientos de miles de acres-pies de agua de drenaje. “Estamos hablando de varios distritos de agua pero solo grandes usuarios de agua, empresas agrícolas, grandes empresas industriales que utilizan agua”, afirma.

A diferencia de la línea costera muy desarrollada y cara de California, donde la desalinización de agua de mar usando solar sería demasiado costosa por el uso de terreno, en el interior hay millones de acres de terreno disponible que no se utilizan o incluso se dejan en barbecho por la falta de agua.

Como añade Mandell: “Cuando hablamos con estos distritos de agua, el uso de terreno no es un problema”.

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