Energía solar: Desierto de Mojave, California

El proyecto:

El sistema de generación eléctrica solar Ivanpah
Desierto de Mojave, California

En 2013, un complejo de energía solar por concentración (CSP) de 377 megavatios comenzó a funcionar en el desierto de Mojave de California. El sistema de generación eléctrica solar Ivanpah consta de tres campos de paneles de espejos de helióstatos que cubren unas 1415 hectáreas (3500 acres. Cada helióstato concentra la luz del sol en una de las tres torres receptoras, que utilizan esa luz solar como la fuente principal de energía de las turbinas de vapor que generan electricidad para 140 000 hogares en California.

Los desafíos.

La CSP funciona de manera similar a como si se intentara prender fuego con un espejo o una lupa. Si no sujeta el espejo para que capte los rayos del sol, no habrá fuego. Del mismo modo, si no se puede alinear la luz solar concentrada de manera constante y precisa a un blanco inflamable, no habrá fuego.

Para optimizar la producción de la planta, los ingenieros de Ivanpah tuvieron que alinear 173 000 heliostatos de tal manera que reflejen la luz solar máxima hacia las torres receptoras, a todas horas del día. Para lograrlo, enfrentaron tres grandes desafíos:

N.º 1: La posición del sol cambia constantemente. Cada helióstato debe girar hasta 270 grados por día a velocidades lentas de tan solo 0,009 rpm. Cuanto mayor sea la precisión de los helióstatos para concentrar los rayos del sol, mayor será la producción de la planta.

N.º 2: Los vientos del desierto pueden alcanzar ráfagas de hasta 300 km (190 millas) por hora. Los helióstatos de Ivanpah miden 25 metros cuadrados o más de ancho. En la extensión del Mojave, esos paneles planos grandes pueden actuar como velas durante una tormenta de viento, creando inestabilidad y contragolpes en sus engranajes de posicionamiento. Además, los engranajes deben resistir la arena y los escombros transportados constantemente por el viento.

N.º 3: Mantener 173 000 heliostatos podría tener un costo prohibitivo. Una vez que arranca, el contragolpe de los engranajes se alimenta a sí mismo y puede desgastar un conjunto de engranajes rápidamente. Para mantener bajos los costos de energía, los engranajes de los helióstatos de Ivanpah deben mantener su estabilidad y precisión durante décadas.

La solución:

Transmisiones por tornillo sin fin de doble envoltura de Cone Drive

Después de evaluar los sistemas de transmisión de seguimiento de engranajes de varios fabricantes, BrightSource decidió instalar transmisiones por tornillos sin fin de doble envoltura de Cone Drive en decenas de miles de helióstatos de Ivanpah. Las transmisiones proporcionan el tipo de control de movimiento de alta precisión que se utiliza para el posicionamiento por satélite y las herramientas quirúrgicas; además, están diseñadas para tener una vida útil de hasta 35 años.

Funcionamiento

La transmisión por tornillo sin fin de doble envoltura de Cone Drive aumenta el área de contacto entre el engranaje y el tornillo sin fin, para ofrecer más estabilidad que una transmisión por tornillo sin fin tradicional. La forma de reloj de arena del tornillo sin fin envuelve el engranaje, que también envuelve al tornillo sin fin.

“Este contacto en la parte superior se traduce en una mayor capacidad de torsión y una mayor resistencia a la carga de impacto”, explica Jacob Randall, director de mercados estratégicos de Cone Drive. “Los conjuntos de engranajes de doble envoltura ayudan a mantener la integridad para que no haya contragolpes, ya que eliminan cualquier holgura o pérdida de movimiento causada por espacios entre los dientes y la rosca”.

La transmisión por tornillo sin fin de doble envoltura de Cone Drive aumenta el área de contacto entre el engranaje y el tornillo sin fin para ofrecer más estabilidad que una transmisión por tornillo sin fin tradicional.

Los beneficios

N.º 1: Precisión. “La precisión que podemos lograr con la doble envoltura era perfecta para Ivanpah”, comenta Randall. Los conjuntos de engranajes de Cone Drive hacen posible que los helióstatos de Ivanpah concentren más luz solar en las torres receptoras de manera más confiable. Cuando se tienen 173 000 heliostatos, incluso pequeñas mejoras en la precisión pueden hacer una gran diferencia en la producción de la planta.

N.º 2: Estabilidad. Las transmisiones por tornillos sin fin de doble envoltura de Cone Drive ayudan a mantener un funcionamiento óptimo de los helióstatos de Ivanpah, incluso durante condiciones de viento extremas. “En lo que respecta a la torsión, el engranaje es extremadamente rígido”, dice Randall. “Cuando el viento choca contra un espejo, ese espejo no se mueve”.

N.º 3: Cero mantenimiento. Debido a que los helióstatos son tan estables, la solución de Cone Drive reduce al mínimo el contragolpe de los engranajes, junto con el desgaste y la necesidad de costosas reparaciones. Los engranajes están lubricados internamente y sellados de por vida, para resistir la arena, la suciedad y los escombros, y para eliminar las tareas de mantenimiento.

Los resultados

Durante los últimos siete años de funcionamiento, el equipo de Ivanpah aumentó con éxito la producción de energía limpia de la planta, en relación con la cantidad de gas natural que utiliza para mantener las turbinas de vapor en funcionamiento cuando el sol no está en el cielo o está oculto por las nubes.

• Desde 2015, la planta registra un promedio de aproximadamente 700 000 megavatios hora de energía solar por año.
• Ivanpah abastece a más de 140 000 hogares de California durante las horas pico del día.
• La planta está en camino de evitar 13 millones de toneladas de emisiones de dióxido de carbono durante sus 30 años de vida útil.

Como resultado de su éxito con la solución Ivanpah de Cone Drive, BrightSource Energy está utilizando la tecnología de Cone Drive para otros proyectos de CSP, incluida una planta de 700 megavatios en los Emiratos Árabes Unidos y otra en el desierto de Negev en Israel.

“La tecnología de energía solar continúa mejorando”, afirma Randall. “Las mejoras pequeñas y graduales pueden contribuir para lograr enormes ganancias en medio de un interés cada vez mayor en las fuentes de energía renovable”.

Obtenga más información sobre el engranaje helicoidal de doble envoltura de Cone Drive y su participación en la industria solar.

Published: 2021/02/13