Análisis de alternativas para la disipación de calor en la planta termosolar Villena-Enerstar con el software System Advisor Model (SAM)

Abstract

En el contexto actual, caracterizado por un incremento constante en la demanda energética y la creciente escasez de recursos naturales, se vuelve imprescindible optimizar la eficiencia en los procesos de generación de energía renovable. Dentro de este ámbito, las centrales termosolares de tecnología cilindro-parabólica representan una alternativa clave en la transición hacia un modelo energético más sostenible. Sin embargo, la gestión del foco frío en estos sistemas constituye un desafío técnico y operativo que influye directamente en su rendimiento y viabilidad económica. El presente trabajo tiene como objetivo principal realizar un análisis comparativo de distintas tecnologías disponibles para la disipación de calor en el foco frío de una central termosolar cilindro-parabólica. A través de este estudio, se evalúan las ventajas y desventajas de cada alternativa, centrándose en el ahorro de agua, permitiendo determinar cuál de ellas resulta más adecuada en términos de eficiencia energética, ahorro de agua y costos operativos. Para ello, el análisis se centra en la central termosolar de Villena-Enestar, una instalación que dispone de ciertas características favorables para la implementación de diferentes estrategias de refrigeración, tales como la disponibilidad de agua para sistemas húmedos, infraestructuras de acceso adecuadas y una superficie suficiente para la instalación de los distintos equipos. Con el propósito de llevar a cabo una evaluación rigurosa, se emplea el software System Advisor Model (SAM), herramienta ampliamente utilizada para la simulación y análisis de rendimiento en instalaciones de energía renovable. A través de este programa, se comparan tres tecnologías de disipación de calor: 1. Sistema de refrigeración húmedo (actualmente en uso en la central de Villena-Enestar). 2. Sistema de refrigeración seco, que minimiza el consumo de agua, pero puede afectar la eficiencia térmica. 3. Sistema combinado, que busca equilibrar las ventajas de ambas tecnologías para maximizar el rendimiento del ciclo termodinámico. Los resultados obtenidos a partir de las simulaciones permiten analizar el impacto de cada opción en el rendimiento global de la central, considerando los aspectos técnicos. A partir de estos datos, se determina cuál de las alternativas estudiadas representa la solución más eficiente y viable para su implementación en la central termosolar de Villena-Enestar. Los resultados obtenidos indican que el sistema húmedo ofrece el mejor rendimiento térmico, aunque con un consumo de agua elevado. El sistema seco elimina casi por completo el uso de agua (91,5%), pero reduce la producción eléctrica de la planta (11,5%). En cambio, los sistemas combinados permiten ajustar este equilibrio. En particular, la configuración combinada al 50% se identifica como la solución más adecuada, al lograr una notable reducción del uso de agua (46,6%) con una pérdida mínima de producción eléctrica (0,7%). Se ha realizado un estudio económico paramétrico en función de distintos rangos: precio de la electricidad (0,05-0,3 €/kWh), valor del ahorro de agua (1,25- 5 €/m3 ) y coste del aero-condensador (0,1; 0,2 y 0,3 €/kWh-térmico). En el mejor escenario, el tiempo de retorno es de 6,14 años. Esta solución representa un compromiso óptimo entre eficiencia, sostenibilidad hídrica y viabilidad financiera. El análisis da pie a un avance en las centrales para la reducción del consumo de agua a través de un sistema de refrigeración combinado.