15 t scarlatescu centrale solare termo electrice

Simpozionul Impactul Acquis-ului comunitar asupra echipamentelor i tehnologiilor de mediu - ACQUISTEM, ediia a IX-a

30 31 august 2012, ICPE

CENTRALE SOLARE TERMO-ELECTRICE, UN NOU COMITET TEHNIC CEI, CT 117

Tatiana Scrltescu

Asociatia Romana de Standardizare - ASRO

Cuvinte cheie: energie, energie solar, sisteme fotovoltaice, Keywords: energy, solar energy, photovoltaic systems Comitetul tehnic CEI (al Comisiei Electrotehnice Internaionale) CT 117, Centrale solare termo-electrice (STE) are ca domeniu de aplicare elaborarea de standarde internaionale n domeniul centralelor solare termo-electrice, inclusiv standardele de msurare i tehnici de evaluare, securitate i parametrii de calitate a acestor sisteme The Technical Committee IEC TC 117, Solar Thermal Electric (STE) Plants will develop standards for the measurements and the evaluation techniques, security, to respond to the needs of different sector agents

Introducere

Energia solar reprezint una din sursele de energie ale acestui mileniu, ncadrndu-

se n conceptul de energie regenerabil i ecologic, fiind oferit cu generozitate de

Soare, n cantiti uriae, genernd posibilitatea astfel de economisire a resurselor

convenionale (petrol, gaze naturale, crbuni etc.), n plus este prietenoas cu mediul

nconjurtor, fiind nepoluant. Energia solar este peste tot, acionnd tot timpul

anului i se distinge prin capacitatea sa de a fi rapid utilizat de o mare parte a

populaiei.

Utilizarea energiei solare presupune o investiie recuperabil, avnd preuri de cost

relativ sczute comparativ cu eficiena aportului energetic i prin faptul c energia

solar este complet gratuit, fiind necesar numai investiia pentru punerea n

funciune a tehnologiei i costuri minime pentru ntreinere.

n general, sistemele de obinere de energie regenerabil, urmeaz s joace un rol

din ce n ce mai important din totalul tehnologiilor de obinere a energiei utilizate n

Europa, SUA, America de Sud, Orientul Mijlociu, India i China, Australia i alte

locaii din lumea larg.

Energiile regenerabile reprezint o surs alternativ durabil la creterea continu de

energie care ofer securitate n alimentare, evitarea emisiilor de CO2 i prevenirea

creterii necontrolate a preului combustibilului fosil n economia diferitelor ri. n



ntreg domeniul energiei regenerabile, tehnologiile de utilizare a energiei solare

reprezint un potenial reprezentativ.

Energia solar reprezint o investiie sigur deoarece se bazeaz pe o surs

prezent - Soarele - care a fost cea mai impresionant i cea mai sigur surs pentru

planeta noastr (nclzire, iluminat).

Mai mult, tehnologiile concentratoare ale energiei termice solare pot furniza baza

pentru generarea energiei electrice dispecerizabil.

Dezvoltarea tehnologic, n acest domeniu, este n principal propulsat de industrie,

deoarece este cea mai motivat s-i reduc costurile de producie i este secondat

de cercetarea aplicat. De exemplu, investiiile globale n centralele din Spania sunt

n jur de 10 000 milioane de euro, numai din sectorul privat, motivat de amortizarea

cheltuielilor n strategia de investiii pe termen lung.

Conform analizei IEA (Agenia Internaional a Energiei) sectorul cldiri reprezint

mai mult de 35% din totalul de cerere a energiei mondiale, din care 75% este pentru

nclzirea spaiului i a apei menajere. n prezent nclzirea este nc n principal

furnizat prin arderea combustibililor fosili, sistemele de rcire i ventilare

bazndu-se n principal pe energia electric produs, de asemenea, prin arderea

acestor surse neregenerabile. Energiile regenerabile joac un rol n cretere n

rcirea i nclzirea cldirilor deoarece toate statele lumii ncearc s-i micoreze

dependena de combustibilii fosili.

Cererea de energie mondial pentru sectorul cldiri este preconizat pentru a crete

cu mai mult de 60% ntre 2007 i 2050. O participare semnificativ a energiilor

regenerabile va acoperi necesarul de nclzire i de rcire, cu o expansiune mai

rapid ncepnd din 2030.

n Europa, energia, la utilizatorul final, necesar pentru sisteme de rcire i nclzire

(49%) este mai mare dect pentru sisteme de utilizare a energiei electrice (20%) sau

pentru sisteme de transport (31%).

1 Contextul economic

Energia a devenit una dintre cele mai preioase resurse mondiale prin creterea

global i accelerat a consumului de energie i necesitatea privind durabilitatea

acesteia. Energia, n general, i energia regenerabil, n special, presupune

stabilirea unei strategii care s fie supravegheat cu rigurozitate prin politici bine

stabilite de liderii mondiali.



Se ateapt ca energiile regenerabile s joace un rol din ce n ce mai mare n

structura consumului de energie (2020 i dup) n Europa, Statele Unite, America de

Sud, Africa, Orientul Mijlociu, India i China, Australia i alte amplasamente din toat

lumea.

n prezent energia solar este cea mai bogat surs de energie - o or de radiaie

solar depind consumul a 6,8 miliarde de oameni ntr-un an.

n cadrul energiilor regenerabile, n cadrul tehnologiilor solare, tehnologia solar

termo-electric deine un rol dominant.

Mai mult, tehnologiile de concentrare a energiei solare (a se vedea figura 1) pot oferi

bazele de generare i furnizare a energiei solare i pot, de asemenea, servi i pentru

alte scopuri (industria chimic, desalinizarea apei, procese industriale cu aburi etc.).

Centralele solare termo-electrice din lume - fie n funcionare, fie n stadiu avansat

de construcie au o putere global de aproximativ 4 500 MW. Dei Spania posed

o parte mare din piaa de energie solar, n toat lumea se ntreprind eforturi

importate de cercetare-dezvoltare n acest domeniu.

Exist i alte planuri ambiioase n statele din SUA, Orientul Mijlociu i Africa de

Nord, precum i n zone cum ar fi China, India, Africa de Sud, America de Sud i

Australia.

Figura 1 Exemplu: Platforma Solar din Almeria (Spania) cel mai mare centru de

cercetare din lume pentru concentratoarele de energie solar

Dup mai mult de 20 de ani de funcionare cu succes, centralele solare termo-

electrice se afl acum n stadiu de producie pe scar larg cu mai multe proiecte,

de aproximativ 100 MW, n ntreaga lume. Motivaia n cretere pentru aceast surs

de energie include cererea crescut a surselor regenerabile de energie, n special

lund n consideraie calitile proprii n comparaie cu alte surse de energie privind :

predictibilitatea i fiabilitatea produciei,

energia electric de calitate ridicat pentru conectarea la reea,

dispecerizarea ridicat, randament ridicat, costuri reduse de stocare,



competitivitatea costurilor n comparaie cu alte surse regenerabile de energie,

cererea tot mai mare de energie,

stabilitatea reelei datorat caracteristicilor iniiale ale blocului de putere STE,

nu necesit instalare n paralel de centrale cu combustibili fosili,

securitatea alimentrii pe termen lung i independena fa de preurile petrolului i

gazului.

distribuie variat n consumul local

acoperirea cererii de energie de vrf din timpul unei zile.

Cu toate acestea, din cauza necesitii reale de reducere a costurilor, de cretere a

eficienei i de intensificare a fiabilitii tehnologiilor concentratoare solare, acestea

reprezint o mare provocare tiinific pentru cercetare i industrie i necesitatea

real de standardizare n acest domeniu.

2 Cererea de pia

Planificrile pentru dezvoltarea centralelor solare termo-electrice, STE, sunt foarte

ambiioase n multe regiuni de pe globul pmntesc. Diferitele estimri pentru 2015 i

2020 previzioneaz instalarea a 23 000 MW n 2015 i 140 000 MW n 2020 cu

angajarea diferitelor state interesate, dup cum urmeaz:

Spania: Putere de 1152 MW, pentru conectare la reea, de 1 102 MW n stadiu

avansat de construcie i 320 MW, calificat pentru feed-in tariff nainte de 2013. Se

previzioneaz obinerea a 5 100 MW n 2020.

Alte ri europene: Plan naional de dezvoltare cu 1 500 MW pentru 2020.

SUA: Putere de 510 MW pentru conectare la reea, 90 00MW cu acorduri de

cumprare a energiei semnate ntre promotori i utilizatori, dintre care 1 300 MW se

consider deja luat n consideraie.

Australia:Centrale de 1 GW prin programul Flagship solar, un prim proiect de 150

MW deja selectat de guvern n prima etap. Se presupune creterea capacitii

instalate de la 1 GW pn la 9 GW, pn n 2020

Regiunea MENA: Centrale cu o putere instalat global aproape de 10 000 MW este

previzionat pentru 2020. Centrala solar mediteranian oficial i iniiativa Desertec

intete spre mai mult de 10 GW n 2020.

ASIA: India, recent, a aprobat sistemul feed-in tariff pentru 500 MW (prima faz)

pentru a porni construcia imediat i centrale de 10 000 MW n 2022. China a lansat



recent o procedur de ofertare pentru prima central comercial cu mari perspective

n anii urmtori.

America Latina: Potenial enorm, dar pn acum fr planuri detaliate declarate.

Africa de Sud: Potenial enorm. Primele dou proiecte pentru CSP au fost deja

alocate, un proiect de 100 MW cu tehnologie de jgheaburi parabolice i o alt

central de 50 MW cu tehnologie Turn.

Israel: O planificare de aproximativ 200 MW este n stadiul de aprobare.

3 Tendine n tehnologie

n prezent exist patru tehnologii principale pe pia pentru centralele solare termo-

electrice, STE:

Centrale cu jgheab parabolic (figura 2) colecteaz energia solar n

concentratoare n form de jgheab parabolic cu un tub absorbant liniar. Fluidul de

transfer termic este n mod normal un ulei sintetic care circul prin tuburile de

intrare/ieire la temperaturi de 300/400 0C. Temperaturile mai mari la ieire pot crete

eficiena global a centralei, dar uleiul utilizat n prezent nu poate atinge aceste

temperaturi mai nalte. De aceea sunt luate n consideraie alte fluide de temperatur

nalt, cum ar fi apa cu generare direct de vapori i sare topit.

Figura 2 Concentrator cu jgheab parabolic

Puterea tipic a sistemului din Spania este de 50 MW din cauza unor impuneri

normative i nu atinge valoarea optim. n funcie de radiaia solar, puterea optima

a unei astfel de centrale este de aproximativ 120 150 MW. Puterile mai mici conduc

la un LCOE (Levelised Cost of Electricity) mai mare.

Mrimea tipic a tehnologiei de stocare cu sare topit n Spania este de 7 ore la

putere nominal.

Centralele turn (figura 3) reflect energia solar concentrat de cmpul

heliostatic pe un receptor central montat pe vrful turnului. S-au efectuat mai multe

ncercri cu mai multe fluide de transfer termic, care au avut succes pn n prezent:

vapori saturai, vapori suprasaturai, sare topit i aer atmosferic presurizat. Cea mai



mare putere la care s-a ajuns n prezent n funcionare este de 19 MW, dar cu numai

17 ore de stocare. Construcia unei centrale cu putere nominal de 110 MW a

nceput n SUA.

Figura 3 Uzin turn

Centralele Fresnel (figura 4) utilizeaz oglinzi liniare, modulare, plane pentru a

concentra lumina soarelui pe tubul (tuburile) absorbant(e) spaial(e). Lumina solar

concentrat fierbe apa din tuburi, cam ca n cazul centralelor cu jgheab parabolic, i

produce aburi saturai i supranclzii care sunt utilizai n generarea energiei i n

aplicaiile industriale cu aburi, producnd astfel electricitate.

Majoritatea centralelor proiectate pn acum au ales aburii saturai ca singur fluid

att n cmpul solar, ct i n turbin. Tehnica de stocare a energiei n rezervoare de

sare topit nu este posibil, dar alte soluii bazate pe PCM (Phase Change

Materials) sunt n curs de dezvoltare. Cea mai mare uzin comercial n curs de

construcie are o putere nominal de 300 MW, dar unele proiecte ajung pn la 500

MW.

Figura 4 Uzin Fresnel

Centralele cu motor Stirling i cu reflector parabolic (figura 5) sau cu turbine cu

gaz sunt o soluie adecvat pentru aplicaiile descentralizate. Principalul lor avantaj

este c apa de rcire nu este necesar n ciclul de conversie. Centralele Stirling sunt

variante fr distribuire continu i producia nceteaz cnd cerul este nnorat. Se

desfoar n prezent unele cercetri referitoare la sisteme hibridizate cu stocare

avansat. Cea mai mare instalaie existenta n prezent are o putere total de

1,5 MW. Mai multe proiecte de 10 MW au fost aprobate n Spania, ns dezvoltarea

de diverse generaii de energie i dimensiuni continu.



Figura 5 Reflector parabolic Stirling

Industria STE (Stirling Engine) este angajat n abordarea iniiativelor tehnologice,

axate pe creterea eficienei centralelor i pe reducerea costurilor de dezvoltare i

funcionare. inta este obinerea unei valori LCOE (Levelized Cost of Electricity)

egale sau chiar mai mici dect cea a energiei bazate pe combustibili fosili.

Standardizarea poate juca un rol esenial pentru atingerea acestui scop.

Conform unui studiu recent al planului strategic stabilit de European STE

Association, de ESTELLA i altele, prin implementarea acestor tehnologii n

centralele noi, creterea produciei este mai mare de 10 %, iar costurile scad cu pn

la 20 %.

n ciuda intrrii pe pia, tehnologia STE este nc n faz de dezvoltare i prezint

un potenial mare de mbuntiri tehnice, ceea ce ar trebui s aib un impact crescut

asupra costurilor i eficienei centralelor STE. Aceste mbuntiri, care pot fi ori

specifice tehnologiei, ori comune mai multor tehnici, sunt axate pe trei niveluri:

o Creterea randamentului generrii de energie, mai ales prin mrirea

temperaturii de funcionare care crete eficiena turbinei i, prin mbuntiri ale

faetelor reflectoare i a receptorilor.

o Reducerea costurilor cmpului solar prin minimizarea costurilor componentelor

i prin optimizarea proiectrii care conduce la dezvoltarea unor cmpuri solare

mai eficiente din punct de vedere al costului.

o Reducerea consumului de resurse interne prin reducerea necesarului de ap

i prin reducerea consumului parazit.

Celelalte tehnologii emergente Fresnel, DSG (Direct Steam Generation), Stirling

sau turbinele cu gaz i turnurile modulare mici pot avea, de asemenea, i alte

aplicaii specifice n afara producerii electricitii. Toate sistemele pot juca un rol

deosebit de important n domeniul desalinizrii apei care a devenit o problem

major att n toate rile dezvoltate ct i n rile n curs de dezvoltare.



4 Tendinele pieii

IEA a stabilit recent strategia CSP (Concentrated Solar Power) indicnd o contribuie

semnificativ a acestor tehnologii pentru alimentare cu energie electric pn n

2050, dup cum urmeaz:

STE se vor dezvolta de la cel puin 2GW, capacitate instalat, n zilele

noastre, pn la nivelul de sute de GW n 2050.

STE necesit o orientare excelent direct normal la soare, cu cel mult de la

15 pn la 35 , latitudine. Linii de nalt tensiune de curent continuu pot fi

utilizate pentru a trimite electricitate solar de la locuri cu resurse excelente

(de exemplu partea de sud-vest a SUA, Nordul Africii etc.) pn la centrele de

mare consum (de exemplu alte suprafee ale SUA, Europa etc.).

Cteva tehnologii STE (jgheaburi), sunt perfecionate pentru utilizare

comercial, cele mai multe dintre acestea sunt emergente (turnuri, reflectoare

Fresnel, concentratoare).

Stocarea termic i recuperarea combustibililor (fie fosili, fie din biomas)

permit STE de a furniza electricitatea dispecerizabil. Stocarea pentru cteva

ore permite extinderea produciei de energie electric ctre vrfurile de sear

sau vrfurile de sarcin

STE se presupune c vor furniza o energie orar competitiv cu centralele pe

baza combustibililor fosili pentru sarcini de vrf i intermediare pn n 2015 n

locuri cu resurse excelente.

Cele mai joase costuri n utilizarea STE-urilor necesit eforturi semnificative

de cercetare i dezvoltare n raport cu receptoarele oglind, heliostate, liniare

sau concentrate i blocurile de putere electric.

Este important s se precizeze distribuia geografic omogen pe cuprinsul globului

pmntesc. Tehnologiile STE nu ar trebui proiectate/planificate numai pentru a

ndeplini necesitile rilor industrializate, ci ar trebui luate n consideraie i

avantajele substaniale ale rilor n curs de dezvoltare privind disponibilitatea de

dispecerizare i stabilitate a reelei.



5 Ecologia mediului nconjurtor

Centralele STE abordeaz printre cele mai potrivite tehnologii cu utilizare a energiei

regenerabile pentru obinerea energiei electrice n general i cu interconectare la

reea. Aceste centrale ar putea fi utilizate att pentru vrfurile consumului de energie

i ct i pentru consumul de energie sczut i pot fi utilizate n sisteme hibride cu

resurse de biomas sau de gaz natural i sunt n ntregime dispecerizabile. Emisiile

de CO2 care pot fi evitate prin aceste centrale sunt n jur de 1 000 tone pe 1 GWh

produs.

Aadar predicia de evitare a emisiei de CO2 prin utilizarea de centrale STE conform

planului IEA pentru anul 2050 este de 5 000 milioane de tone de CO2 pe an.

n afara acestui aspect, se consider c deeurile la sfritul de via a centralelor

STE vor avea o influen de toxicitate minim asupra mediului nconjurtor n

comparaie cu alte tehnologii verzi.

6 Activitatea de standardizare

Activitatea CEI este implicat n programul internaional de standardizare pentru

componente i sisteme utilizate n instalaii de rcire, nclzire i ventilare i sisteme

de utilizare a energiei solare.

Necesitatea standardizrii n domeniul centralelor solare termo-electrice (STE) a

aprut n 2007 atunci cnd centralele au depit etapa de cercetare i au ajuns n

stadiul de utilizare pe scar larg, n Spania i SUA, unde au fost construite i

conectate la reea.

Aceast activitate de standardizare se va desfura n comitetul tehnic CEI (al

Comisiei Electrotehnice Internaionale) CT 117, al crui domeniu de aplicare

cuprinde elaborarea de standarde internaionale n domeniul centralelor solare

termo-electrice, inclusiv standardele de msurare pentru ncercrile de

performan.

Standardele vor acoperi toate sistemele: jgheaburi parabolice, turnuri solare, sisteme

Fresnel, concentratoare parabolice, sisteme de stocare termic i vor cuprinde

componentele i sistemele de securitate pentru toate tehnologiile aplicate.

Standardele vor defini terminologia, cerinele de proiectare i instalare, tehnicile de

msurare a performanelor i metodele de ncercare, cerinele de securitate i

parametrii de calitate a puterii utile a acestor sisteme.



Standardele vor avea ca obiect, de asemenea, sistemele de conectare i

interoperatibilitatea cu reelele de alimentare i anume: conexiunile, comunicaiile

bidirecionale, comanda centralizat (Smart Grid) precum i aspectele de mediu.

7 Obiective i strategii privind standardizarea n domeniu

Scopul principal este de stabili termenii de referin ai diferitelor sisteme, subsisteme

i componente mpreun cu cel mai potrivit mod de msurare a performanelor

acestora.

Activitatea de standardizare pentru centralele solare termo-electrice va fi un domeniu

de interes pentru urmtorii zece ani, timp n care vor fi elaborate standarde n urma

activitii grupurilor de lucru care se nfiineaz n cadrul comitetului tehnic CEI CT

117.

Structura stabilit a grupurilor de lucru este n conformitate cu schema urmtoare:

AG1 Grupul consultativ 1, va fi responsabil pentru consolidarea i dezvoltarea

termenilor utilizai n standardele CEI CT 117. Terminologia va fi comun tuturor

standardelor comitetului.

AG2 Grupul consultativ 2, va fi responsabil pentru punerea n funciune a

centralei, care va fi subiectul unuia dintre primele standarde.

AG3 Grupul consultativ 3, va elabora standarde de securitate privind construcia,

sistemele complete i componentele.

CEI / CT 117

WG2 Receptor central

WG3 Sistem Fresnel

WG4 Sistem parabolic

WG1 Jgheab parabolic

WG5 Stocare

AG1 Terminologie

AG2 Punere n funciune

AG3 Securitate

AG1/PT1

Securitatea construciei

AG3/PT2 Securitatea sistemelor i a

componentelor

a



Grupurile de lucru (WG1, WG2, WG3, WG4, WG5) se vor constitui pentru

elaborarea de standarde internaionale pentru fiecare sistem n parte.

Standardele vor fi elaborate pe pri, (tematici), care vor cuprinde terminologia,

problemele de punere n funciune, sistemele de proiectare, construcie, comand,

ntreinere i performanele; totodat vor cuprinde sistemele de securitate.

Aceast activitate de standardizare va pregti strategia pentru identificarea n

principal a tendinelor i provocrile tehnologice emergente i a mijloacelor de

abordare, n sprijinul productorilor i legislaiei pentru a obine cele mai bune soluii

pentru cerea crescnd a pieei.

Bibliografie

www.iec.ch

www.cenelec.eu

15 t scarlatescu centrale solare termo electrice

Documents