Es notable como en años recientes nuevas fuentes de energía renovable se han ido popularizando alrededor del mundo debido a la reducción consistente en los costos de manufactura, el desarrollo de mejores tecnologías de captación, al igual que por la concientización sobre los riesgos ambientales que corremos. Tanto así, que la capacidad solar se ha cuadriplicado (4x) en los últimos cinco años, con casi un 20.0% de éste crecimiento dándose únicamente en el año 2017.
A continuación, se discutirán algunas de las tendencias dominantes del mercado de generación de energía por medios renovables, acentuando algunos de los proyectos monumentales que cuentan con o tendrán las capacidades necesarias para atender lo que al parecer es una insaciable demanda. Enfatizaremos en la primera parte del tema monumental en tecnologías solares específicamente, para luego discutir en futuras ediciones otros métodos generatrices renovables como lo son geotermales, eólicos, hidroeléctricos y de biomasa, los cuales también representan componentes históricamente importantes de una ecuación sustentable energética para el planeta.
Proyectos Solares Fotovoltaicos
De las estaciones generatrices encontradas en el hemisferio oeste, el proyecto “Solar Star” es la instalación fotovoltaica de mayor tamaño al contar con 5.0 millas cuadradas (mi2) [i.e. 12.9 kilómetros cuadrados (km2)] de terreno en Kern County, cerca de Rosamond, California. Particularmente, este proyecto monumental tiene la capacidad de energizar alrededor de 255,000 hogares con sus 579 megavatios (MW, siglas en inglés) de poder. Cuando fue inaugurado en el 2015 por SunPower Services, quienes operan y mantienen el mismo, llegó a ser la finca solar de mayor tamaño en el planeta con sus 1.7 millones de paneles de superficie plana de silicón-cristalino, ejerciendo su poderío con un factor de capacidad de 33.2% desde 3,200 acres prácticamente desérticos.
Otro proyecto interesante, y que es el ejemplo perfecto de los cambios que están aconteciendo, es el proyecto solar flotante que en un momento dado fue el de mayor tamaño en su categoría, el “Sungrow Huainan Solar Farm”. Desde la superficie del lago artificial conocido por los locales como Yaogang, el proyecto cuenta con la capacidad de llegar a generar hasta 40MW de energía desde lo que fue una mina de carbón colapsada en la provincia de Anhui de la República Popular China. El proyecto es masivo al consistir de 166,000 paneles PV que cubren 86 hectáreas, o aproximadamente 160.7 campos de fútbol flotantes.
El beneficio principal de las instalaciones solares flotantes es la moderación de las temperaturas por encontrarse sobre cuerpos de agua que les hace hasta 22.0% más eficientes. No sólo esto, sino que no hay tanto polvo como en los desiertos, mientras que el agua se evapora menos y también puede ser utilizada para limpiar los paneles PV como tal. Nuevos proyectos, como una finca solar flotante giratoria en Corea del Sur es capaz de seguir el sol y ser aún más eficiente, mientras que el proyecto que actualmente se está desarrollando en la misma provincia Anhui por Three Gorges New Energy romperá todos los records flotantes al conectar 150MW de poder, aprovechando el sol y el resplandor del mismo sobre el agua en su operación.
No cabe duda de que la República Popular China se encuentra activamente limpiando la imagen del país más contaminante del planeta, al haber construido varios parques solares y tener otros planificados. Por ejemplo, el Parque Solar “Longyangxia Dam” tiene una expansión de 10mi2 (i.e. 25.9km2) con un poder generatriz de 850MW, capaz de energizar alrededor de 200,000 hogares. Este parque en particular encontrado en la meseta tibetana es operado por State Power Investment Corporation (SPIC), empresa que figura entre las cinco más importantes de China, y quienes inauguraron la primera fase en el 2013, y la segunda en el 2015, a un costo total de $868.7 millones de dólares (i.e. ¥6.0 billones de yuanes chinos).
Sin embargo, el proyecto solar más grande del mundo es el “Kamuthi Solar Power Project” en el estado de Tamil Nadu de India, el cual tuvo un costo aproximado de $699 millones de dólares (2017) y cuenta con 2.5 millones de paneles fotovoltaicos (PV). Siendo operado por Adani Green Energy, para convertirse en el proyecto con mayor capacidad global, el mismo necesitó unos 2,500 acres (i.e. 3.9mi2) de terreno. Con cada uno de los paneles PV bifaciales generando unos 310 vatios de energía, el proyecto construido en tan sólo 9 meses de trabajo tiene una capacidad de 648MW que energizan 750,000 personas diariamente. Aunque el clima se encuentre nublado en ocasiones, habiendo variaciones en las capacidades generatrices durante dos meses al año solamente, debido a la expansión territorial que conlleva, siempre una porción circunstancial de los paneles recibirá luz solar directa.
Sin lugar a dudas India se encuentra dominando el mercado solar monumental, al contar con zonas generadoras de energía de mayor capacidad en Rajasthan, Jodhpur con una capacidad de 2,255MW y una segunda de 2,000MW en Pavagada, en el distrito Tumkur de Karnataka. Por otro lado, los Emiratos Árabes Unidos (UAE, siglas en inglés) y México son países que también se han destacado con proyectos masivos de 1,000MW y de 310MW respectivamente.
Presentemente, el parque solar que se convertirá en el más grande del mundo esta bajo construcción en, Benban, Egipto, en donde la empresa Scatec Solar, en compañía de KLP Norfund y Africa 50 lograron un acuerdo de 25-años con el gobierno. El “Benban Solar Park” se compromete en alcanzar a generar 1.5 giga-vatios (GW) de poder al añadir seis plantas con capacidades conjuntas de 400MW utilizando paneles de ambos lados o bifaciales, para energizar unas 420,000 residencias adicionales y eliminar unas 350,000 toneladas de dióxido de carbono (CO2) de la atmósfera anualmente.
Poder Solar Concentrado (CSP)
Las plantas de generación termal enfocan el calor de los rayos del sol a través de espejos que calientan tubos llenos de agua, que a su vez generan el vapor necesario para mover turbinas y motores que electrifican la red. Adicionalmente, un proyecto de poder solar concentrado (CSP, por su siglas en inglés) también podría apuntar sus espejos al tope de una torre de 744.8’ pies de altura (i.e. 227.0 metros) en donde se almacena sal derretida a una temperatura de 1,049° Fahrenheit (°F) (i.e. 565°C Celsius). De acuerdo al Laboratorio Nacional de Energía Renovable (NREL, por sus siglas en inglés), las tecnologías CSP encontradas en 23 países alrededor del mundo pueden ser categorizadas entre cuatro tipologías:
- Cilindro Parabólico – utilizan un sistema de enfoque lineal con espejos curveados para concentrar la luz solar a un tubo receptor centralizado que tiende a contener un fluido de transferencia de calor, como el aceite sintético por ejemplo, alcanzando temperaturas de 750°F. Típicamente los recolectores solares PV son colocados de norte a sur para seguir el movimiento del sol, con cada uno midiendo entre 15’ a 20’ pies de altura y 300’ a 450’ pies de largo.
- Reflector Compacto Lineal Fresnel – también es un sistema que se enfoca linealmente pero que utiliza largas filas paralelas de espejos relajados, planos y de menor costo, acomodados para enfocar la luz solar a un receptor que consiste de tubos con agua para evaporar la misma y crear la alta presión necesaria que mueve la turbina aceleradamente.
- Torre de Poder – con mayores temperaturas operacionales al igual que niveles de eficiencia, el sistema de punto-foco implementa numerosos heliostatos computarizados para dirigir la luz solar concentrada a un receptor montado y elevado sobre una torre central. La energía enfocada es redirigida a un fluido de transferencia que alcanza temperaturas de más de +1,000°F que produce el vapor que corre por un generador central, mientras que el almacenaje termal permite la generación las 24 horas del día.
- Motor de Platillo – utiliza un sistema que con espejos curveados logra dirigir la luz solar al plato recibidor o “dish” en su punto focal. A diferencia de los otros sistemas CSP que utilizan el vapor generado para acelerar turbinas, el sistema de motor-dish utiliza el hidrógeno líquido para alcanzar temperaturas de 1,200°F grados, mientras el plato sigue la luz solar como girasol.
La extensión realizada al Parque Solar “Mohammed bin Rashid al Maktoum” de Dubái es el proyecto de poder solar concentrado (CSP, en inglés) de mayor capacidad, al generar hasta 700 megavatios (MW, siglas en inglés) de poder desde su lanzamiento en septiembre de 2017 a un costo de $3.9B dólares (i.e. د.إ14.2B dírhams). A pesar de que tradicionalmente instalar tecnologías fotovoltaicas (PV) con capacidad de almacenaje es la opción más económica, la deflación ocurrida en precios de instalación de sistemas CSP en gran parte por los aumentos en capacidades de almacenaje de transferencias termales, lograron agilizar el mercado.
Por ejemplo, el consorcio entre Acwa Power in Shanghai Power de Arabia Saudita y China respectivamente, recientemente sometió ofertas de 0.073¢ (USD) la hora-kilovatio (kWh), evidenciándose la reducción de un 50% de los precios, ya que las tres etapas del proyecto Noor CSP en Marruecos llegó a acuerdos de compra de poder (PPA, por sus siglas en inglés) de +0.14¢ centavos o más [i.e. $140 dólares el megavatio por hora (MW/h)] entre los años 2012 y 2015.
En su primera fase inaugurada en el 2016, el proyecto Noor del desierto del Sahara logró 160 megavatios (MW) del total de 580MW que energizarán a más de un millón de personas cuando finalice su construcción para el 2020. También conocido como el “Ouarzazate Solar Power Station (OSPS)”, el proyecto Noor CSP será masivo cuando termine su cuarta fase de construcción, al cubrir 6,178 acres de terrenos (i.e. 9.7mi2 millas cuadradas) a un costo total de $9.0 billones de dólares. Todos los países que cuenten con altos niveles de irradiación solar directa podrían optar por la tecnología de poder solar concentrado (CSP), aprovechando el descuento general en la misma, mientras que aquellos con climas propensos a la nubosidad podrán continuar utilizando tecnologías PV más económicas.
España históricamente ha dominado el mercado CSP en cuestión de capacidad, al retener 2,300MW de poder en operación en gran parte gracias al apoyo brindado por el gobierno español al desarrollo de más de 50 proyectos, país que es seguido semi-distantemente por los Estados Unidos (EE.UU.) con 1,738MW de poder solar concentrado (CSP) registrados en el 2017. Sin embargo, por las tendencias de inversiones, y más importante aún, debido a los altos niveles de insolación o de radiación solar, se espera que el crecimiento mayor se de en África, México y en el sur de los EE.UU. Por otro lado, al la tecnología seguir mejorando, con sistemas termales de almacenamiento basados en nitratos como el calcio, potasio y sodio, entre otros, el poder solar concentrado (CSP) representará un 25% de las necesidades energéticas globales para el 2050 con una capacidad de hasta 1,500GW (i.e. giga-vatios) e inversiones totales de €174 billones de euros ($194.1B de dólares).
El poder solar concentrado (CSP) ha encontrado hogares en España (2,304MW), Estados Unidos (1,740MW), África del Sur (500MW) y en India (200MW) con proyectos actualmente operando a cabalidad. Sin embargo, aquellos proyectos que se encuentran bajo construcción están en China y en el Medio Oriente y África del Norte (MENA, por sus siglas en inglés) al haber instalaciones por inaugurar con 1,150MW y 1,080MW de poder concentrado respectivamente, según la Administración de Información de Energía (EIA, por sus siglas en inglés) y SolarPACES.
Los proyectos monumentales solares, ya sean terrestres o flotantes, al igual que aquellos con la capacidad de enfocar la luz solar para ofrecer una solución concentrada, continuarán aumentando su impacto y amplitud a medida que las tecnologías que hayan sido probadas sigan mejorando. Siendo el financiamiento de estos mega-proyectos y la cooperación entre sectores los únicos obstáculos para soluciones energéticas reales que han capturado la imaginación humana.
Tecnología Autónoma Solar
Todo tipo de proyecto monumental requiere de mantenimiento continuo, y cuando se trata de proyectos que cubren varias millas cuadradas, una tecnología que ha surgido para atender la necesidad es la automatización, en donde robots realizan la tarea de limpiar los paneles solares con efectividad. La firma israelita Ecoppia propone con su línea de robots brindar el mantenimiento automático de paneles PV, manteniendo los mismos operando en su máxima capacidad al limpiarlos con rolos de microfibra y sin agua, solución perfecta para los ambientes desérticos en donde se están desarrollando muchos de estos proyectos. Inclusive, cuentan con unos robots más modernos que son capaces de adaptarse al movimiento de los paneles cuando estos persiguen el sol durante el día y sin caerse de su “frame” o marco. La avanzada tecnología diseminada desde la nube, incorpora “Big Data” recopilada desde sobre 350 millones de paneles PV que están siendo atendidos alrededor del mundo e inteligencia artificial (AI, por sus siglas en inglés) para optimizar itinerarios de mantenimiento y limpieza nocturna. No sólo esto, sino que cada robot cuenta con su propio panel solar y batería, cargándose los mismos entre operaciones, determinando a través del auto-mantenimiento predictivo cuándo es el mejor momento para reparar uno de sus componentes antes de que se deteriore. Ahora, imagínense un escuadrón de robots “smart” capaces de cubrir 100 pies cuadrados (sq. ft., en inglés) de una fila de paneles por minuto, deslizándose sobre rieles de aluminio cubiertos por poliuretano de manera autónoma en una especie de baile solar sincronizado.
