INSTALACIONES

Tipo y nombre de la instalación

Breve descripción

A) Captadores cilindroparabólicos (PTC)

A1.- DISS

Un lazo (orientado norte-sur) de Generación Directa de Vapor (GDV) de captadores cilindroparabólicos (CCP) para experimentar con DSG con vapor a alta presión y temperatura (hasta 100 bar/500°C, caudal de 1 kg/s , 2,5 MWth) en los tubos absorbedores CCP. Consta de dos subsistemas, el campo solar CCP (5.400 m2 y 1.000 m de longitud) y el balance de planta (BOP). El campo solar se puede configurar para: a) Recirculación (zonas de evaporación y sobrecalentamiento perfectamente diferenciadas), b) Once-Through (no se utilizan el separador intermedio agua-vapor y la bomba de recirculación situada en el campo solar) y c) Modo inyección (el agua de alimentación se inyecta en diferentes puntos a lo largo del lazo del captador solar).

A2.- HTF

Lazo de ensayos CCP de gran tamaño (orientado Este-Oeste) con 3 unidades de CCP (hasta 275 kWth cada una) para la caracterización de componentes solares: nuevos diseños de CCP, espejos, tubos absorbentes, juntas rotativas, tubos flexibles, sistemas de seguimiento solar, etc. En esta instalación se utiliza aceite térmico Syltherm 800® (temperatura máxima de trabajo de 400°C y punto de congelación de -40°C). Las principales actividades en el lazo de ensayos HTF están relacionadas con el estudio del rendimiento óptico y térmico de captadores cilindroparabólicos completos (eficiencia óptica, coeficiente IAM y eficiencia global/pérdidas de calor) y tubos receptores.

A3.- PROMETEO

Lazo de ensayos orientado este-oeste que permite la calificación de todos los componentes del captador y de los captadores completos de una longitud de hasta 100 m, es decir, estructuras, reflectores, receptores de 70 a 90 mm de diámetro y juntas rotativas/flexibles. Permite el seguimiento solar cubriendo todos los ángulos de incidencia de la radiación solar en un día gracias a su orientación. Los módulos del captador se conectan al balance de planta (BOP) en paralelo o en serie mediante la válvula de ajuste ad hoc. Una bomba hace circular el fluido de transferencia de calor de silicona (SHTF) con un flujo másico similar al de las plantas de energía comerciales CPC.

A4.- PTTL

Instalación de ensayos de gran tamaño implementada en una parcela de 420m x 180m de la PSA y compuesta por dos campos solares: a) el campo norte (orientación E-O) está diseñado para instalar CCP completos con una longitud unitaria máxima de 180 m; dispone de bomba de aceite (75 m3/h) provista de control de velocidad y enfriador de aceite de 1,5 MWth refrigerado por aire; b) el campo Sur (orientación N-S) está diseñado para instalar lazos completos de CCP (es decir, varios captadores solares conectados en serie), con una longitud máxima de 640 m; adicionalmente cuenta con una bomba de aceite (125 m3/h) provista de control de velocidad y un enfriador de aceite de 4 MWth refrigerado por aire. Se pueden instalar hasta cuatro lazos completos en paralelo. La instalación también es adecuada para instalar prototipos de CCP de gran tamaño.

A5.- TCP100

Instalación TPC de 2,3 MWth con tanque de almacenamiento de termoclina con 115 m3 de aceite Santotherm-55 especialmente diseñada para realizar estudios relacionados con sistemas de control de campos solares de captadores cilindroparabólicos. La instalación está compuesta por seis CCP TPC 100, instalados en tres circuitos paralelos con dos captadores en serie dentro de cada circuito (orientados N-S). Dos circuitos de captadores cuentan con un sistema de seguimiento solar desarrollado por PSA, mientras que el tercer circuito cuenta con un sistema de seguimiento solar comercial para comparar. Cada captador está compuesto por ocho módulos CP con una longitud total de 100 m y un ancho de parábola de 5,77 m (545 m2 de superficie total de captación solar).

A6.- IFL

Un Lazo de Ensayos de Fluidos Innovadores (gases presurizados) en CCP (orientación E-O) para estudiar el uso de gases presurizados como fluidos térmicos en CCPs, evaluando su comportamiento en diversas condiciones reales de funcionamiento, y diseñado para trabajar en condiciones de hasta 100 bar y 500°C. Está compuesto por: a) Dos CCP Euro-Trough orientados Este-Oeste, cada uno de 50 m de largo con una superficie de captadores de 274,2 m2, conectados en serie; b) Un enfriador de aire de 400 kW con dos ventiladores motorizados de 4 kW para extracción de energía térmica del fluido; c) Un ventilador de 15 kW para proporcionar el caudal de gas necesario en los tubos receptores.

A7.- NEP

Un lazo de ensayos de 125 kW de captadores CCP de pequeño tamaño (Polytrough 1200). Tiene una producción de 15,8 kW por módulo (0,55 kW/m2) en condiciones nominales, con una temperatura media de captador de 200ºC, y un rendimiento superior al 55% en el rango de 120-220ºC (para 1000 W/m2 de irradiación normal directa). El campo está configurado por 8 captadores colocados en 4 filas paralelas (dos captadores en serie por cada fila). El aceite térmico puede alcanzar los 220ºC, siendo posible la evaluación de diferentes esquemas de poligeneración utilizando energía térmica.

A8.- LAVEC

Instalación de ensayos diseñada para evaluar y calificar pequeños captadores solares de foco lineal que utilizan agua a presión como fluido de trabajo dentro del rango de temperatura de 100-250°C, lo cual es muy adecuado para aplicaciones de calor de procesos industriales. El tamaño esperado de los captadores solares testados: hasta 25 m2 por unidad de captador. Longitud del campo: hasta 40 m, en ambas orientaciones: Este‒Oeste y Norte‒Sur. Tanque de almacenamiento de agua caliente de 3 m3. La instalación de ensayos cumple con las normas vigentes para ensayos de captadores solares térmicos: ASTM E905-87:2013, SRCC 600 2014-17:2015 e ISO 9806:2017.

B) Otras instalaciones de concentradores solares de foco lineal

B1.- KONTAS

Banco de pruebas giratorio para captadores cilindroparabólicos y componentes, bajo un ángulo de incidencia normal constante de la radiación solar. Permite la calificación de módulos completos de una longitud de hasta 20 m (estructuras, reflectores, receptores y juntas flexibles). Permite el seguimiento en dos ejes (plataforma del banco de ensayos sobre carril circular) en cualquier ángulo de incidencia de la radiación solar deseado. Está equipado con instrumentación y controles de alta precisión para mediciones precisas, rápidas y automatizadas. El módulo captador también está conectado a una unidad de calefacción y refrigeración en la plataforma.

B2.- REPAs

Ensayos acelerados de ciclo de vida completo en Rotación y Expansión en Realización de Montajes para sistemas CCP. Este banco de ensayos se divide en dos secciones funcionales, la unidad cinemática (para instalar y mover las partes REPAs a ensayar) y la unidad de balance de planta (para suministrar el fluido de transferencia de calor acondicionado). La unidad de balance de planta está formada por una bomba HTF de velocidad variable que circula el fluido de transferencia por una tubería con un calentador eléctrico adaptado tipo collar. La unidad cinemática está preparada para colocar muestras de ensayo (juntas rotativas y tubos flexibles) con geometrías ajustables y para diferentes diseños de PTC.

C) Almacenamiento de energía térmica

C1.- MOSA

Lazo de ensayos de sales fundidas para sistemas de energía térmica. Esta instalación está compuesta por dos plantas: un lazo de ensayos exterior, con una configuración de dos depósitos llenos con 40 toneladas de sales fundidas, y un lazo de ensayos interior, denominado BES-II, que permite ensayar pequeños componentes hidráulicos (válvulas, transmisores de presión, etc.) en diferentes mezclas de sales fundidas. MOSA es la instalación más grande del mundo, que es una réplica a escala reducida de un sistema comercial de almacenamiento térmico CSP por lo que todo lo relacionado con este tipo de sistemas se puede ensayar en una escala relevante y extrapolada.

C2.- ALTAYR

Tanque de almacenamiento aislado de aproximadamente 0,1 m3 donde se pueden ensayar diferentes configuraciones de lecho fijo y materiales utilizando aire atmosférico como fluido de trasferencia de calor. Con una potencia eléctrica máxima de 15 kW, es posible un proceso de carga con aire hasta 850 °C. Los termopares a lo largo de su longitud y en diferentes posiciones radiales brindan un mapa preciso de la temperatura del lecho fijo.

D) Sistemas de receptor central (CRS)

D1.- CESA-1

CRS de 6 MWt. Campo solar: campo de 330 x 250 m orientado al sur con 300 heliostatos de 39,6 m2 distribuidos en 16 filas; Torre: 84 m de altura con cuatro niveles diferenciados para alojar receptores y un blanco para ajustar la inclinación de los helióstatos. Flujo máximo típico de 3,3 MW/m2 con una irradiancia de 950 W/m2 (el 99% de la potencia se concentra en un círculo de 4 m de diámetro y el 90% en un círculo de 2,8 m). Se trata de una instalación muy flexible para probar componentes como helióstatos, receptores solares, almacenamiento térmico, turbinas de gas solarizadas, sistemas de control e instrumentación para la medida de altos flujos de radiación solar concentrada. También se puede utilizar para otras aplicaciones que requieren altas concentraciones de fotones en superficies relativamente grandes, como en procesos químicos o de alta temperatura, tratamiento de superficies de materiales o experimentos de astrofísica.

D2.- SSPS-CRS

Instalación CRS de 2.5 MWth. La parte sur del campo solar está compuesta por 91 (39,3 m2) helióstatos y la parte norte del campo solar tiene 20 (52 m2 y 65 m2) helióstatos con una reflectividad nominal promedio del 90%. El error de seguimiento solar es de 1,2 mrad por eje y la calidad óptica en rayo reflejado es de 3 mrad. Con 950 W/m2 de irradiancia solar, la potencia total del campo es de 2,5 MWth con 2,5 MW/m2 de flujo máximo. El 99% de la potencia se recoge en una circunferencia de 2,5 m de diámetro y el 90% en una circunferencia de 1,8 m. Torre: Estructura metálica de 43 m de altura con 3 plataformas de ensayo (a 26 y 28 m y para ensayo de nuevos receptores para aplicaciones termoquímicas y un banco de ensayos calorimétrico con grúa en la parte superior de la torre para evaluación de pequeños receptores volumétricos a presión atmosférica).

E) Hornos Solares (SF)

E1.- SF-60

Compuesto por un helióstato plano de 130 m2 que refleja la luz solar sobre un concentrador parabólico de 108 m2, que a su vez concentra los rayos entrantes en el foco de la parábola. Una persiana colocada entre el helióstato y el concentrador regula la luz entrante. Finalmente, se utiliza una mesa de pruebas móvil sobre tres ejes para colocar el elemento a probar en el foco. El concentrador parabólico es la característica principal de este horno solar; está hecho de facetas esféricamente curvadas, cada una con una curvatura que varía según su distancia al punto focal. Concentra la luz solar incidente desde el helióstato, multiplicando la energía radiante en el foco. Las características del foco con 100% de apertura y 1000 W/m2 de radiación solar son: flujo máximo, 670 W/cm2, potencia total, 80 kW y diámetro focal, 22 cm.

E2.- SF-40

Este horno solar consta principalmente de un plato parabólico de 8,5 m de diámetro (área parabólica concentradora de 56,5 m2), con una distancia focal de 4,5 m acoplado a un helióstato plano de superficie reflectante de 100 m2, un atenuador de lamas y una mesa de pruebas con movimiento de tres ejes. La superficie concentradora está formada por 12 pétalos o sectores curvos de fibra de vidrio recubiertos con espejos adhesivos de 0,8 mm en el frente. La parábola así formada está sujeta en la parte posterior por una estructura espacial anular para darle rigidez y mantenerla vertical. La instalación alcanza una concentración máxima de 5.000 soles y tiene una potencia de 40 kW, su tamaño de foco es de 12 cm de diámetro y un ángulo de borde a= 50,3°. Su eje óptico es horizontal, y es del tipo “on-axis” que es concentrador parabólico, el foco y el helióstato están alineados sobre el eje óptico de la parábola.

E3.- SF-5

Horno solar de 5 kW de potencia, alcanza concentraciones superiores a los 7.000 soles. Consta de un espejo concentrador de 8,7 m2, colocado boca abajo sobre una torre metálica de 18 m de altura y con la superficie reflectante hacia el suelo; en el centro de la base de la torre se encuentra un helióstato plano de 25 m2, cuyo centro de rotación está alineado con el eje óptico del concentrador. En lo alto de la torre, y 2 m por debajo del vértice del concentrador, se encuentra una mesa de pruebas. Finalmente, debajo de la mesa de pruebas y al nivel del suelo de la sala de pruebas, se coloca un atenuador de rejilla. El diámetro del foco SF-5 es de 2,5 cm y está destinado principalmente al tratamiento térmico de materiales a alta temperatura, al vacío y en condiciones de atmósfera controlada. La principal ventaja es que el foco está dispuesto en un plano horizontal, de modo que las muestras pueden tratarse sobre una superficie horizontal.

F) Discos Parabólicos

F1.- AGEING TEST BED

Concentrador DISTAL-I formado por un plato parabólico de 7,5 m de diámetro con 40 kW de potencia térmica y sistema de seguimiento solar polar de un eje en el que se retiró el motor Stirling y se sustituyó por diferentes plataformas de ensayo para realizar ciclos acelerados de temperatura de materiales o prototipos a pequeña escala de receptores de alta concentración. Con ciclos rápidos de enfoque y desenfoque, las sondas colocadas en el foco concentrador soportan un gran número de ciclos térmicos en un corto intervalo de tiempo, permitiendo un envejecimiento acelerado del material. Estas plataformas se pueden utilizar para ensayos de: materiales, receptores volumétricos refrigerados por aire (metálicos o cerámicos), prototipos de receptores de pequeño tamaño con o sin fluido de transferencia de calor, etc.

G) Materiales

G1.- OPAC

Instalación de Caracterización Óptica y Ensayos de Durabilidad de Componentes Solares. Esta instalación es la mayor del mundo dedicada al estudio completo de los materiales utilizados en los componentes ópticos de los sistemas solares de concentración (reflectores, receptores, cubiertas transparentes, etc.), permitiendo determinar parámetros ópticos característicos, su posible deterioro a lo largo del tiempo, así como diferentes aspectos de Mantenimiento y Operaciones, como la evaluación y mitigación de la suciedad (incluidas estrategias de limpieza). Está compuesto por varias instalaciones exteriores singulares para evaluar los posibles mecanismos de degradación que afectan a estos componentes ópticos (incluido un elevado número de bancos de ensayos que simulan diferentes condiciones de funcionamiento) y cuatro laboratorios completamente equipados para reproducir dichos mecanismos de degradación en condiciones de envejecimiento acelerado en cámaras climáticas.

H) Instalaciones de Desalación Solar

H1.- MED

Planta piloto basada en destilación multiefecto (MED). Tiene 14 etapas o efectos dispuestos verticalmente en una configuración de alimentación frontal. La temperatura máxima que alcanza el agua salina en el interior de la planta (temperatura máxima de la salmuera) es de unos 70ºC, límite fijado para evitar la precipitación de sales y la consiguiente formación de incrustaciones en las superficies de intercambio de calor en el interior de la planta. La temperatura mínima del último efecto la fija el condensador final, que condensa el último vapor generado en el proceso MED y suele enfriarse utilizando la misma agua salina que alimenta el proceso. En las condiciones de diseño, se requieren alrededor de 200 kWth para producir 3 m3/h de agua desalinizada con un índice de recuperación (relación entre agua producida y agua de alimentación) del 37,5%. El suministro de energía es un campo solar de colectores estáticos de placa plana o colectores cilindroparabólicos de pequeña apertura, en caso de operar el MED acoplado a una bomba de calor de absorción de doble efecto (LiBr-H2O).

H2.- NF-RO-FO

Instalación para combinaciones de Ósmosis Directa (FO), Ósmosis Inversa (RO) y Nanofiltración (NF). 12 módulos de Ósmosis Directa de fibra hueca Aquaporin HFF02 con un área total de membrana de 2,3 m2 cada uno en un bastidor flexible para combinación en serie o en paralelo de todos, caudal nominal 3,6 m3/h. Un recipiente a presión de 8” y dos de 4” conectables en serie o en paralelo, cada uno con capacidad para cuatro membranas, caudal nominal 3 m3/h, máx. presión 80 bar (Ósmosis Inversa) /16 bar (Nanofiltración). Todas las unidades totalmente monitoreadas, trabajando con contenedores de agua separados y flexibilidad para la interconexión entre ellos, incluyendo pretratamiento por microfiltración (3 m3/h nominal).

H3.- MDTF

Instalaciones de ensayos de Desalación por Membranas (MD) operadas con diferentes campos solares de colectores planos con almacenamiento térmico y temperatura de suministro de calor controlada. La instalación también cuenta con varios enfriadores para disipar el calor y puede funcionar con agua de mar (300 m3 almacenados en un pozo de playa). Incluye varias plantas piloto de desalación por membranas con módulos comerciales enrollados en espiral que funcionan en configuraciones de brecha de permeado, brecha de aire y brecha de aire asistida por vacío, así como módulos de placas y bastidor de efecto múltiple operando en configuración de vacío. En todos los casos es posible la recirculación del alimento para la concentración de salmuera. También existen innovadores módulos multiefecto sin membranas (tecnología CEVAP).

I) Tratamiento de Agua

I1.- SOLWATER

Instalación de ensayos de tratamiento y regeneración de agua compuesta por: a) Un foto-reactor PTC de 300 L con un sistema de seguimiento solar de dos ejes; b) Varios foto-reactores piloto para descontaminación y desinfección solar, basados en colectores parabólicos compuestos (CPCs), con diámetros de tubo de 32 a 75 mm, superficie irradiada de 0,5 a 15 m² y un volumen total de 10 a 300 L, equipados con sistemas de calefacción y refrigeración para el control de temperatura, monitoreo de pH y oxígeno disuelto, y acoplados a otras tecnologías de tratamiento (electro-oxidación, ozonización, etc.); c) Un reactor solar de desinfección de 2 m² con distintos tipos de reflectores (CPC y espejo en U), equipado con un panel solar para calentamiento de agua; d) Un reactor fotocatalítico piloto de 5 L de múltiples etapas y dos foto-reactores tipo raceway pond a escala piloto (10-90 L); e) Una planta piloto de radiación ultravioleta equipada con un sistema de dosificación de reactivos; f) Plantas piloto de micro y nano-membranas, incluyendo control automático de pH; g) Una planta piloto de oxidación en aire húmedo, preparada para operar a 200 bar y una temperatura máxima de 300°C; h) Una planta piloto de electro-oxidación con cuatro celdas electroquímicas; i) Dos plantas piloto de ozonización acopladas a un CPC; j) Reactores biológicos a escala piloto con un sistema de depuración doble (sistemas de biomasa inmovilizada y reactores secuenciales por lotes); k) Una cámara de cultivo de 30 m² utilizada para pruebas de reutilización de aguas residuales, con cuatro áreas individuales equipadas con sistemas de calefacción y refrigeración.

I2.- HYWATOX

Instalación solar para la producción de foto-combustibles (H₂ y otros combustibles hidrocarbonados obtenidos directamente de la luz solar), compuesta por: a) Planta piloto 1, diseñada específicamente para la producción fotocatalítica de foto-combustibles y otros foto-productos. Consta de un tanque de acero inoxidable acoplado a un foto-reactor CPC (2,10 m²). Dispone de controladores de flujo másico para la corriente de gas, utilizados para eliminar el oxígeno del sistema, así como para extraer el foto-combustible producido y transportarlo a un analizador MicroGC en línea (para evaluar H₂, CO₂, O₂, etc.); b) Planta piloto 2, también diseñada para la producción fotocatalítica de foto-combustibles y para la evaluación de fotocatalizadores de vanguardia. Está equipada con un tanque de sedimentación/separación para la recuperación del fotocatalizador, controladores de flujo másico y un analizador MicroGC en línea.

J) Caracterización de radiación solar

J1.- METAS

Los instrumentos de la estación METAS proporcionan información sobre la radiación solar y otras variables atmosféricas generales que pueden utilizarse para la validación de modelos espectrales, así como para todas las demás actividades de investigación del PSA. Algunos datos específicos clave disponibles son: a) Medición del balance de radiación terrestre; b) Medición de la radiación entrante y saliente de onda corta y larga a 30 m; c) Caracterización de los componentes de la radiación solar: (global, directa y difusa); d) Bandas espectrales UV y PAR; e) Espectroradiómetro (200 a 2500 nm); f) Perfil vertical del viento: velocidad y dirección del viento a 2, 10 y 30 m; g) Perfil vertical de temperatura y humedad a 2 y 10 m; h) Información meteorológica diversa: pluviómetro, barómetro y psicrómetro. Desde 2005, METAS sigue los requisitos de calidad de la Red de Radiación Superficial de Referencia (Baseline Surface Radiation Network).

K) Eficiencia Energética

K1.- LECE

El Laboratorio de Pruebas de Componentes de Edificación (LECE) es una instalación al aire libre dedicada a la investigación del análisis energético de edificios, integrando sistemas solares térmicos pasivos y activos para reducir la demanda de calefacción y refrigeración. Está compuesto por: a) Cinco celdas de ensayo, cada una de ellas formada por una sala de ensayos de alto aislamiento térmico y una sala auxiliar para la caracterización experimental de las envolventes de los edificios; b) Celda de ensayos PASLINK que incorpora el concepto de Shell Pseudo-Adiabática; c) Celda de ensayos CETeB para pruebas de techos; d) Chimenea solar; e) Edificio de una sola zona para metodologías de evaluación energética en profundidad para edificios experimentales.

K2.- ARFRISOL Building

Prototipo de edificio de oficinas completamente instrumentado y monitoreado de manera continua, con una superficie construida de alrededor de 1000 m². Está diseñado para minimizar el consumo de energía para calefacción y aire acondicionado, manteniendo niveles óptimos de confort, mediante la inclusión de estrategias de ahorro energético pasivas y activas (principalmente solares) basadas en el diseño arquitectónico y de construcción.

M) Enfriamiento

M1.- WASCOP

Esta instalación está compuesta por diferentes sistemas de enfriamiento: un Intercambiador de Calor Enfriado por Aire (200 kWth), una Torre de Enfriamiento Húmedo (200 kWth) y un Condensador Enfriado por Aire (335 kWth). Todos ellos están conectados a un generador de vapor (80 kWth) impulsado por energía solar térmica, el cual produce vapor saturado (120-300 kg/h) a diferentes temperaturas (42-60°C), simulando el vapor de escape de una turbina en un ciclo de generación de energía. Los sistemas de enfriamiento pueden evaluarse de manera independiente o combinada, teniendo dos opciones dentro de esta última: 1) Un sistema de enfriamiento combinado convencional compuesto por un Condensador Enfriado por Aire en paralelo con una Torre de Enfriamiento Húmedo, más un Condensador de Superficie; 2) Un innovador sistema de enfriamiento combinado compuesto por un Intercambiador de Calor Enfriado por Aire y una Torre de Enfriamiento Húmedo, ambos compartiendo un Condensador de Superficie. En este último caso, el circuito hidráulico permite evaluar configuraciones en serie y paralelo, así como diferentes porcentajes de caudal en las configuraciones paralelas.

N) Captadores de Placa Plana (FPC)

N1.- AQUASOL

Un campo de colectores planos fijos con una potencia térmica de salida de 323 kWth en condiciones nominales (59 % de eficiencia para 900 W/m² y 75°C), almacenamiento térmico de 40 m³ (dos tanques de agua) y un enfriador por aire. Está dividido en 4 circuitos, cada uno con 14 colectores de gran apertura (LBM 10HTF de Wagner & Co. con un área de 10,1 m²) (2 filas en serie con 7 colectores en paralelo), y un circuito adicional más pequeño con 4 colectores en paralelo. Los colectores están inclinados a 35° con orientación sur y cuentan con espejos planos móviles que siguen al sol para aumentar el área de colección. Está conectado a un intercambiador de calor centralizado y también a intercambiadores individuales en cada circuito para acoplarse con dispositivos que consumen energía térmica de baja temperatura con fines de ensayo.