Termosolar | CSP www.futurenergyweb.es 62 FuturEnergy | Marzo/Abril March/April 2020 El proyecto SCARABEUS propone un fluido de trabajo modificado, mediante el cual el CO2 se mezcla con ciertos aditivos para permitir la condensación a temperaturas tan altas como 60 °C mientras que, al mismo tiempo, sigue soportando las temperaturas máximas requeridas del ciclo. Esto presenta un gran avance para la tecnología termosolar, ya que aumenta la eficiencia de conversión termomecánica del 42% actual a por encima del 50%, lo que produce grandes reducciones del LCOE. Esto se traduce en un LCOE inferior a 96 €/MWh, que es un 30% más bajo de lo que es posible actualmente. El proyecto demostrará innovadores intercambiadores de calor y fluidos recientemente desarrollados a una escala relevante (300 kWth) durante 300 h en un entorno operativo similar a una planta termosolar. Hay dos áreas principales de investigación en este proyecto: la primera es la identificación del aditivo óptimo que reduciría el tamaño y aumentaría la eficiencia del bloque de potencia. El segundo es el desarrollo de diseños de intercambiadores de calor a medida, particularmente para el condensador enfriado por aire, para operar con el fluido innovador, ya que estos son componentes clave para la tecnología propuesta. Ambas acciones conducirán a una reducción significativa del CAPEX y del OPEX respecto a tecnologías termosolares convencionales. Las ventajas Una vez que se selecciona la combinación de CO2 más apropiada, la temperatura pseudo-supercrítica del fluido de trabajo resultante se puede aumentar notablemente (por encima de 60 ºC), lo que brinda las siguientes ventajas clave sobre el vapor o los ciclos estándar de sCO2 en plantas termosolares de colectores cilindro-parabólicos y de torre: • Hace posible usar ciclos de condensación (Rankine) de sCO2 en ubicaciones termosolares típicas, lo que aumenta la eficiencia neta de conversión del calor en electricidad por encima del 50%. • La complejidad del bloque de potencia se reduce en gran medida, ya que solo se necesita un recuperador y un intercambiador de calor primario en lugar de más de diez intercambiadores de calor (seis precalentadores de agua de alimentación, un economizador, un evaporador, un supercalentador y un recalentador) típicamente adoptado en un ciclo de vapor. • El tamaño de la turbina se reduce significativamente en comparación con las turbinas de vapor de potencia similar, lo que produce una gran reducción de costes de capital. Características económicas El gran potencial de reducción del CAPEX y OPEX que persigue SCARABEUS ha sido demostrado por una evaluación económica preliminar del impacto de la adopción de mezclas de CO2 en los costes específicos del bloque de potencia y de la planta en general. La figura adjunta muestra una comparación económica entre las tecnologías de vapor, CO2 puro y CO2 mezclado para una planta de energía de referencia con una producción de 100 MWel, obtenida por metodologías bien referenciadas disponibles en la literatura. as it increases the thermomechanical conversion efficiency from the current 42% to above 50%, resulting in large reductions in LCOE. This translates into a LCOE lower than 96 €/MWh, which is 30% lower than currently possible. The project will demonstrate the innovative fluid and newly developed heat exchangers at a relevant scale (300 kWth) over 300 hours in a CSP-type operating environment. The project has two main areas of research. The first is to identify the optimal additive that would reduce the size and increase the efficiency of the power block. The second is to develop customised heat exchanger designs, particularly for the air-cooled condenser, so that it can operate with the innovative fluid, as these are key enabling components for the proposed technology. Both actions will lead to a significant reduction in both CAPEX and OPEX compared to conventional CSP technologies. The advantages Once the most appropriate CO2 blend is selected, the pseudosupercritical temperature of the resulting working fluid can be significantly increased (above 60ºC). This brings about the following key advantages over either steam or standard sCO2 cycles in parabolic trough and solar tower CSP plants: • Condensing (Rankine) sCO2 cycles are enabled in typical CSP locations, thus boosting the net heat to electricity efficiency to above 50%. • The complexity of the power block is largely reduced since only one recuperator and one primary heat exchanger are necessary as opposed to more than ten heat exchangers (six feed-water preheaters, one economiser, one evaporator, one superheater, one reheater) typically used in a steam cycle. • The size of the turbomachinery is significantly reduced compared to steam turbines of similar power output (lower volumetric flowrate as shown in the figure), resulting in a large reduction in CAPEX. Economic features The large potential for CAPEX and OPEX reduction targeted by SCARABEUS has been demonstrated by a preliminary economic assessment of the impact of adopting CO2 blends on the specific costs of the power block and the overall plant. The above figure shows an economic comparison between steam, pure CO2 and blended CO2 technologies for a reference power plant with a 100 MWel output, obtained from well-referenced methodologies available in literature.
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