El proyecto Polyphem tiene como objetivo mejorar el rendimiento de las plantas de energía solar concentrada (CSP) a pequeña escala y su flexibilidad para generar energía bajo demanda, gracias a una tecnología de microturbinas de gas impulsadas por energía solar. Financiado por el programa de investigación e innovación Horizonte 2020 de la Comisión Europea con cerca de 5 millones de euros, finalizará en agosto de 2022 tras ser prorrogado cinco meses más después de cuatro años de trabajo.
El consorcio está coordinado por el Centro Nacional para la Investigación Científica (CNRS) de Francia e implementado por un total de nueve socios de cuatro países miembros de la UE: Francia, Alemania, Dinamarca y España. Los socios españoles son el Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas (CIEMAT) y Arraela S.L.
La generación descentralizada de energía bajo demanda en áreas remotas a un costo competitivo es un reto de las plantas de CSP a pequeña escala en el que Polyphem está trabajando. Este proyecto de torre solar a pequeña escala propone tecnologías robustas de motores que forman el ciclo combinado (microturbina de gas y ORC), fluido de transferencia de calor de fácil manejo (aceite térmico) y material barato para el almacenamiento de calor (hormigón).
Una de las expectativas de este proyecto es demostrar la fiabilidad de la tecnología y la flexibilidad de la generación de energía a partir de la energía solar.
Ciclo combinado de energía solar con almacenamiento de energía térmica integrado
Polyphem propone una nueva tecnología: un ciclo combinado de energía solar con almacenamiento de energía térmica integrado. El bloque de potencia considerado es un ciclo combinado destinado a ser utilizado para la generación de energía descentralizada a pequeña escala en el rango de 40 kW a 2.000 kW en áreas remotas. El objetivo es satisfacer la demanda variable de energía de una minirred.
La tecnología de referencia consta de un ciclo Brayton de aire como ciclo superior y un ciclo orgánico de Rankine (ORC) como ciclo inferior. Polyphem amplía esta tecnología impulsando el ciclo superior con energía solar mediante el desarrollo de una tecnología avanzada de receptor solar de aire a presión e incluyendo una unidad de almacenamiento de energía térmica entre ambos ciclos.
Además de la generación de electricidad, se considerarán otras aplicaciones para desarrollos futuros, como la calefacción/refrigeración de edificios multifamiliares o la desalinización de agua para pequeñas comunidades.
Como resultado final, el proyecto construye una planta prototipo de 60 kW con una unidad de almacenamiento térmico de 1,3 MWh, y valida este ciclo de energía innovador en un entorno relevante (TRL 5), en la torre solar Themis en Targassone (Francia). Asimismo, se establecerán las pautas para el despliegue comercial de esta nueva tecnología a largo plazo.
Impactos esperados del proyecto Polyphem
Polyphem prepara la próxima generación de plantas de CSP a pequeña escala con ciclo combinado de alto rendimiento y generación flexible de electricidad renovable con capacidad firme.
Desde el punto de vista tecnológico, el ciclo propuesto presenta un requerimiento de agua reducido en comparación con el ciclo Rankine de vapor. Además, la eficiencia óptica del sistema de torre solar pequeña es mayor que la de cualquier otro campo solar. En combinación con la alta eficiencia de conversión potencial del ciclo termodinámico, la eficiencia resultante permite una reducción adicional del tamaño del campo solar.
Las microturbinas de gas y los ORC pequeños han demostrado su fiabilidad a largo plazo. Según los responsables del proyecto, la tecnología desarrollada ofrece una amplia gama de diseños al variar el tamaño de los componentes.
En cuanto al impacto económico previsto, el coste nivelado de la electricidad estimado para la tecnología Polyphem desarrollada al final del proyecto (2020-2025) es de 21 c€/kWh en regiones soleadas (2.600 kWh/m2/y). Cuando la tecnología comercial esté lista en 2030-2040, se espera que el LCOE baje a 16,5 c€/kWh, lo que será competitivo con el costo de generación de electricidad en áreas remotas de África, Medio Oriente o India.
El proyecto Polyphem fortalecerá la competitividad y el crecimiento de las empresas europeas que ya participan en actividades relacionadas con la CSP. Y se espera que el despliegue de la nueva tecnología desarrollada en las regiones de interés contribuya al suministro de electricidad bajo demanda a través de minirredes y al suministro de agua cuando se implemente la cogeneración. De esta forma, las comunidades locales que viven en regiones áridas y aisladas se beneficiarán de esta tecnología.
Además, los resultados del proyecto permitirán a corto plazo reforzar la competitividad de esta nueva tecnología energética baja en carbono, favorecer su integración a medio plazo en el mix energético europeo y contribuir a la mitigación del cambio climático.