Conocido entonces como Supcon Solar, Cosin Solar desarrolló dos proyectos de torres en el programa piloto CSP (Concentrated Solar Power) de China; como proveedor de tecnología y equipos centrales en la torre CSP de 50 MW de PowerChina Gonghe, y desarrollando la torre CSP de 50 MW de Supcon Delingha.

Estos fueron dos de los cinco proyectos de demostración de CSP de torre que tuvieron éxito en el programa piloto de China. La CSP canalizada tuvo un éxito mucho menor. Además de desarrollar sus propios proyectos, Cosin Solar suministra equipos CSP de torre, receptores solares, helióstatos, sistemas de control de campos solares y vehículos de limpieza automatizados.

Campo de helióstatos CSP de torre de 50 MW de Supcon Delingha durante la construcción IMAGE@Cosin Solar

En una larga entrevista con el presidente de Cosin Solar, Jin Jianxiang, explicó las soluciones de ingeniería que ideó su equipo para este tipo de CSP:

SK: La mayor parte de la nueva CSP de China en marcha para 2024 es de torre. ¿Cuál fue la ventaja?

JJ: La torre tiene ciertas ventajas de eficiencia y costo en comparación con la cilindroparabólica, y tiene buenas oportunidades de desarrollo como la nueva generación de tecnología CSP,

Tower CSP puede calentar la sal fundida a 565 ℃, porque tiene una relación de concentración más alta y utiliza directamente la sal fundida como medio de absorción y almacenamiento de calor. Por lo tanto, la torre puede generar vapor sobrecalentado a mayor temperatura para impulsar la turbina de vapor, y sabemos que a mayores parámetros de vapor, mayor eficiencia de generación de energía de la turbina de vapor.

SK: ¿Las altas latitudes donde se construyeron los pilotos también favorecieron la torre?

JJ: Sí, las ventajas de construir plantas de CSP de torre en tales latitudes se reflejaron en nuestra generación de energía promedio mensual. La mayoría de las regiones de alta DNI en China se encuentran en latitudes medias y altas, donde el ángulo de altitud del sol es pequeño en invierno, por lo que la eficiencia del coseno de un campo solar de colector cilindroparabólico cae significativamente con el seguimiento de un solo eje. Pero para los helióstatos CSP de torre, su seguimiento de doble eje es insensible a latitudes más altas.

SK: Y esas grandes alturas. ¿Fue eso un desafío? 

JJ: Nuestra planta de CSP de Delingha está a una altitud de más de 3.000 metros. La temperatura invernal es extremadamente baja, llegando a -35°C. Hay más de 4 meses de inactividad en la construcción, y la baja presión del aire y las tormentas de arena son un gran desafío para la gestión de la construcción del proyecto.

En respuesta a los severos desafíos planteados por la hipoxia de la meseta, la baja temperatura y el largo tiempo de inactividad invernal de la construcción del proyecto, hemos adoptado un período razonable de planificación y construcción, formulado requisitos estrictos de seguridad, salud, calidad y protección ambiental del proyecto, prevención y ensayo flexibles y razonables. planes para enfermedades comunes de la meseta.

Para la operación del proyecto, la temperatura extremadamente baja a gran altitud y alta latitud, las tormentas de arena y las frecuentes condiciones de nubosidad han planteado grandes desafíos a la confiabilidad del equipo, la limpieza del campo de helióstatos y la eficiencia operativa de la planta.

A través del desarrollo completo del producto y la verificación del sistema, hemos desarrollado equipos centrales de plantas de CSP de torre confiables, como helióstatos, receptores, que pueden operar de manera estable en entornos de mesetas extremas. Después de varios años de operación del proyecto Delingha, se ha comprobado la confiabilidad de estos componentes.

Hemos desarrollado un vehículo de limpieza con función de conducción automática y lo hemos implementado con tecnología de limpieza en seco en un entorno de baja temperatura en respuesta al impacto del viento y la arena perennes en la limpieza del campo de helióstatos. Para el tiempo nublado, desarrollamos un sistema de predicción de nubes basado en un generador de imágenes de todo el cielo, que proporciona una garantía para la operación segura del sistema de recolección.

SK: ¿Fue difícil integrar sus aspectos puramente solares; heliostatos, receptor solar, controles de IA, etc con el bloque térmico convencional?

JJ: La integración del campo de helióstatos, el receptor térmico, el sistema de almacenamiento térmico y el sistema de generación de energía es realmente un desafío. La clave es hacer coincidir los parámetros entre los sistemas y el diseño racional de las interfaces entre los sistemas y los equipos, para garantizar que el diseño y la confiabilidad del producto cumplan con las características y el modo de operación de la planta de CSP.

SK: ¿Me imagino que eligió proveedores con experiencia en centrales térmicas tradicionales para componentes no solares?

JJ: Parte de tu suposición es correcta. Elegimos proveedores de equipos con amplia experiencia en energía a carbón o gas para generadores de turbina, unidades enfriadas por aire, etc.

Pero para el almacenamiento térmico y el sistema de intercambio, seleccionamos proveedores reconocidos en la fabricación de productos químicos. La sal fundida se ha utilizado ampliamente en el campo químico antes de ser utilizada para plantas de CSP. Los proveedores en este campo tienen experiencia en diseño, fabricación e instalación de equipos de sales fundidas.

Para los tanques de almacenamiento, SGS y otros equipos, nuestros ingenieros participan en el proceso de diseño y confían el trabajo a los principales proveedores con gran experiencia en el diseño y la producción de equipos.

A través de la implementación de múltiples proyectos, hemos desarrollado un grupo de excelentes proveedores de componentes principales que incluyen vidrio, piezas de transmisión y estructuras de acero, y ayudamos a los proveedores a establecer líneas de producción automatizadas para tener la capacidad de producir helióstatos en masa.

Sin embargo, con la actual escala de desarrollo temprano de la CSP, todavía existe una brecha en comparación con la cadena de suministro de módulos fotovoltaicos. Con el desarrollo a escala industrial, hay margen para reducir aún más el coste de los principales componentes de la CSP.

SK: ¿Por qué eligió helióstatos de tamaño mediano (20-30 metros cuadrados) en lugar de los más grandes?

JJ: Porque su alta eficiencia de ensamblaje y su rápida velocidad de instalación acortan en gran medida el tiempo de construcción y puesta en marcha del campo solar en helióstatos grandes de 100 metros cuadrados que requieren grandes controles mecánicos, lo que lleva a una baja eficiencia y seguridad de la instalación. Nuestra calibración paralela basada en el reconocimiento de imágenes aumenta la eficiencia de la calibración, acortando los tiempos de puesta en servicio decenas de veces en comparación con los helióstatos grandes.

Durante el funcionamiento, la presión del viento es mucho menor que en los helióstatos de gran tamaño. Así que la velocidad del viento de trabajo es mayor. Y los heliostatos de tamaño mediano pueden limpiarse con vehículos de limpieza automatizados, mientras que la mayoría de los heliostatos de gran tamaño se limpian con vehículos manuales. Por lo tanto, el costo de mantenimiento diario es menor.

SK: ¿Cómo evita que el flujo solar demasiado intenso queme el receptor?

JJ: Durante el diseño, consideramos completamente la expansión y el estiramiento en diferentes posiciones causados ​​por la energía desigual en climas parcialmente nublados y otros. La deformación permanente del receptor en condiciones de trabajo duras se puede evitar mediante la optimización estructural.

Nuestra precisión de seguimiento de helióstatos y la precisión óptica de helióstatos son de nivel líder a nivel internacional, por lo que podemos garantizar una fácula uniforme en la superficie del receptor y reducir el riesgo de deformación del receptor en condiciones normales de funcionamiento.

Supervisamos la temperatura de la pared exterior del receptor con equipos como cámaras infrarrojas. A través de la detección inteligente de bloqueo de tuberías, un algoritmo de detección de sobrecalentamiento y una estrategia de programación automática de energía, detectamos condiciones de trabajo anormales; protegiendo al receptor.

Nuestro esquema de operación automática también reduce el choque térmico y el riesgo de deformación bajo el clima nublado a través del sistema de predicción de nubes de alta precisión y la estrategia de procesamiento de condiciones nubladas automatizadas.

SK: Las fugas en el tanque de almacenamiento térmico parecen ser un riesgo con la torre debido a sus temperaturas extremas. Sin embargo, escuché que no ha tenido problemas.

JJ: Tenemos algunos diseños innovadores para evitar las fugas de los tanques de almacenamiento. Hemos llevado a cabo el control de todo el proceso desde el diseño, construcción y operación.

En el diseño, el cuerpo del tanque no solo debe cumplir con la seguridad del diseño de resistencia, sino también considerar la influencia de la fatiga, la corrosión bajo tensión y otros factores en la vida útil, y reducir el nivel máximo de tensión del tanque. Por ejemplo, podemos reducir la tensión máxima del piso del tanque en más del 40 % a través de nuestra optimización del diseño.

La mayoría de los cimientos de los tanques de almacenamiento de los proyectos de CSP son cimientos de cerámica. Adoptamos cimientos de aislamiento compuesto, que pueden reducir el riesgo de asentamiento desigual de los tanques de almacenamiento y mejorar el efecto de aislamiento de los cimientos. Para las medidas anticondensación del tanque de almacenamiento, otros proyectos adoptan básicamente el calentador eléctrico insertado en la pared lateral. Pero demasiadas aberturas en la pared lateral del tanque de almacenamiento aumentarán el riesgo de fugas, por lo que nuestro plan de diseño anticondensación es disponer un conjunto de sistema de seguimiento de calor eléctrico de control automático en el tanque y el fondo del tanque.

El proceso de construcción está estrictamente controlado. Se emite el informe de ensayo no destructivo y ranura de soldadura (el diseñador participará en la revisión del informe en todo el proceso) y las soldaduras no calificadas se volverán a trabajar. Por ejemplo, la placa inferior de los tanques de almacenamiento en el mundo generalmente adopta el método de unión traslapada, pero nuestra placa inferior adopta la soldadura a tope con inspección 100% radiográfica.

Luego, para evitar el choque térmico durante el funcionamiento, hemos diseñado un conjunto de lógica de control de enclavamiento para controlar estrictamente la diferencia de temperatura máxima en el tanque de almacenamiento.

Todas estas medidas reducen esos riesgos.

Susan Kraemer, www.solarpaces.org

https://helioscsp.com/how-chinas-cosin-solar-solved-some-tower-concentrated-solar-power-challenges/