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MERCADO POTENCIAL EN ESPAÑA Y APLICACIONES EN TECNOLOGÍAS SOLARES DE CONCENTRACIÓN DE
MEDIA TEMPERATURA
Isidoro Lillo Bravo
Grupo de Termodinámica y Energías Renovables
Universidad de Sevilla
3-Octubre-2015
I SIMPOSIO TECNOLOGÍAS TERMOSOLARES DE CONCENTRACIÓN
SITUACIÓN ACTUAL Y PERSPECTIVAS DE FUTURO
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ÍNDICE
1.- INTRODUCCIÓN
2.- OBJETIVO
3.- METODOLOGÍA
4.- RESULTADOS
5.- OTRAS CONSIDERACIONES
6.- ACCIONES RECOMENDADAS
7.- CONCLUSIONES
ÍNDICE
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¿ENERGÍA SOLAR?
EMPRESARIO: - SATISFACER NECESIDAD CON GARANTIAS- MINIMIZAR COSTES
ESTADO/SOCIEDAD: - SEGURIDAD - SOSTENIBILIDAD:
- EMISIONES (CO2)
- NO DEPENDENCIA ENERGÉTICA
- EMPLEO
- OBJETIVOS 2020
MARCO NORMATIVO
TECNOLOGÍAS SOLARES
TECNOLOGIAS CONVENCIONALES
COSTES INVERSIÓNCOSTES OPERACIÓN (COMBUSTIBLES)
¿Qué hacer?
INTRODUCCION
Impuestos
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APLICACIONES
INTRODUCCION
Fuente: Ritter XL SOLAR
CLIMATIZACIÓN CENTRO COMERCIALESTAMBUL (TURQUÍA)
• Climatización para superficie de 30000m2
mediante sistema de absorción• Campo solar de 1200 colectores de tubo devacío
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ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROSSEVILLA (ESPAÑA)
• Genera parte de la climatización que se demanda en el edificio•Máquina de refrigeración: Sistema de absorción de doble efecto con ciclo LiBr/H2O •Campo solar: 352m2
•Potencia de refrigeración: 174 kW•Potencia de calefacción: 135 kW
EMPRESA GRASAS DEL GUADALQUIVIRCÓRDOBA (ESPAÑA)
• La energía térmica generada en la instalación solar se emplea en el proceso industrial de elaboración grasas.•Producción energética de 63000 kWh anuales.
APLICACIONES
INTRODUCCION
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LESAENGADIN (SUIZA)
EMMISAIGNELÉGIER (SUIZA)
MINERA EL TESORODESIERTO DE ATACAMA
(CHILE)
•La energía térmica generadamediante la instalación solar seemplea en el proceso decalefacción de la industria•Captador PolyTrough1800, canalparabólico de tamaño reducido
•La instalación solar suministravapor industrial necesario en laactividad minera.•Campo solar de 1280colectores de canal parabólico• Incorpora sistema dealmacenamiento de energíatérmica.
•La energía térmica generada enla instalación solar se emplea engenerar vapor que se inyecta enla red ya existente en la industria•Captador PolyTrough1200 canalparabólico de tamaño reducido
APLICACIONES
INTRODUCCION
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EMPRESA DE DISTRIBUCIÓN FARMACÉUTICA HEFAME
MURCIA (ESPAÑA)
CLIMATIZACIÓN AEROPUERTOGINEBRA (SUIZA)
• Campo solar: 1200m2
282 colectores UHV-SRB Energy• Fluido caloportador : Aceite (hasta 130°C)• Energía anual producida (calor) : 70MWh• Energía anual producida (frío): 300MWh
• Proyecto MEDICOOL (Programa LIFE+)• Climatización de naves de almacenamiento de productos farmacéuticos con requerimientos especiales de temperatura• Campo solar: 3600m2
APLICACIONES
INTRODUCCIÓN
Fuente: SRB Energy
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PROCESOS A NIVEL INDUSTRIAL, RESIDENCIAL
O TERCIARIO
ENERGÍA SOLAR
TÉRMICA
MERCADO GLOBAL EN EUROPA
INTRODUCCION
Fuente: European Commission, “Heating and Cooling in the European Energy Transition. Challenges and Facts”. Brussels, 2015,”
11INTRODUCCIÓN
MERCADOS OBJETIVOINDUSTRIA PROCESO RANGO DE TEMPERATURA (°C)
LácteaEsterilización
Secado100-120120-180
Comida enlatada Esterilización 110-120
TextilSecado, desengrasado
Fijado100-130160-180
Papel Blanqueo 130-150
Química
JabonesCaucho sintéticoCalor de proceso
Petróleo
200-260150-200120-180100-150
Subproductos de la madera Preparación de pulpa 120-170Desalinización Fluido caloportador 100-250
Minera
SecadoFundición del concentrado
Calentamiento de solucionesLavado
100-400
Plásticos
PreparaciónDestilaciónSeparaciónExtensión
SecadoMezclado
120-140140-150200-220140-160180-200120-140
Tratamiento térmico Revenido medio 350-450
Refrigeración Máquina de absorción de doble
efecto120-190
12SITUACION ACTUAL
- Diferentes tecnologías, en evolución.
- Diferentes niveles térmicos en los procesos industriales: Climatización.
- Climas muy diferentes.
- Son las tecnologías solares que han tenido menos aplicación comercial hasta ahora.
- Existe un nicho de mercado en procesos industriales y climatización para estas tecnologías.
SITUACION ACTUAL
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OBJETIVO
ESTIMACIÓN COSTE GENERACIÓN TÉRMICA CON TECNOLOGÍAS SOLARES DE CONCENTRACIÓN-ENERGIA
CONVENCIONAL
¿EMPLEAR ENERGÍA SOLAR EN
LUGAR DE CONVENCIONAL?
2015
OBJETIVO
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AMBITO
METODOLOGÍA
EMPLAZAMIENTO
TECNOLOGÍATUBO
DEVACÍO
12 EMPLAZAMIENTOS (I---V)
FRESNEL CANAL PARABÓLICO
SUPERFICIE DEL CAMPO SOLAR
(m2)
50 -2000 100-15000 100-15000
TEMPERATURA MEDIA DEL FLUIDO DE
TRABAJO (°C)
100-125-150 170-220 350
GAS NATURAL: I1-I6 ELECTRICIDAD: IA-IG GASÓLEO
Fuente: EUROSTAT Fuente: Oil Bulletin
FUEL OIL
+/- 15%
COSTES
+/- 30%
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HIPÓTESIS PRINCIPALES
METODOLOGÍA
1. El proceso industrial demanda un solo nivel térmico (100-350ºC).
2. Rendimiento del sistema de almacenamiento e intercambio: 81% (90% cada uno)
3. No se ha considerado degradación ni ensuciamiento de instalación solar.
4. Dentro del PAS (100%, 75%, 50%) se incluye no disponibilidad de la instalación.
5. Tubos vacío: Latitud del lugar, Sur.
6. Fresnel y CP: Orientación N/S.
7. Tasa actualización: 3%
8. 1 kWe se ha considerado igual a 1 kWht en el sector eléctrico.
9. Costes energía fósil sin IVA, ni impuestos ni gravámenes.
10.Tres escenarios de evolución del precio de combustibles fósiles 10 años y 20 años.
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RECURSO SOLAR PARA CADA EMPLAZAMIENTO (datos horarios)
PRODUCCIÓN DE ENERGÍA TÉRMICA DE LA INSTALACIÓN SOLAR
ESTIMACIÓN DEL COSTE TOTAL DEL kWht SOLAR PARA 10 Y 20 AÑOS
ESTIMACIÓN DEL COSTE TOTAL DEL kWht COMBUSTIBLE CONVENCIONAL
PARA 10 Y 20 AÑOS.
METODOLOGÍA
METODOLOGÍA
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DIFERENCIAS EMPLAZAMIENTOS:
32% - RADIACIÓN GLOBAL HORIZONTAL48% - RADIACIÓN DIRECTA NORMAL
EMPLAZAMIENTOS SELECCIONADOS
Fuente: Meteonorm (V.7.1.4)
METODOLOGÍA
SENSIBILIDAD: RECURSO SOLAR ± 15%
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Hg0_anual=1926 kWh/m2
Hg0_mensual,máx=257 kWh/m2
Hg0_mensual,min=75 kWh/m2
Relación=3.4 veces
RADIACIÓN GLOBAL
Hg37_anual=2241 kWh/m2
Hg37_mensual,máx=233 kWh/m2
Hg37_mensual,min=138 kWh/m2
Relación=1.7 veces
Hg60_anual=2059 kWh/m2
Hg60_mensual,máx=194 kWh/m2
Hg60_mensual,min=145 kWh/m2
Relación= 1.3 veces
METODOLOGÍA
PAS = 100%, 75%, 50%
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Hbn_anual= 2328 kWh/m2
Hbn_mensual,máx = 298 kWh/m2
Hbn_mensual,min = 122 kWh/m2
Relación= 2.4 veces
Hbn·cos(ang inc)_anual=2039 kWh/m2
Hbn·cos(ang inc)_mensual,máx = 292 kWh/m2
Hbn·cos(ang inc)_mensual,min = 87 kWh/m2
Relación= 3.4 veces
METODOLOGÍA
RADIACIÓN DIRECTA NORMAL-PLANO
PAS = 100%, 75%, 50%
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ŋ0: 0.63; a1: 0.86 ; a2: 0.01 W/m2K2
Fuente: Catálogos comerciales
CURVA DE RENDIMIENTO: TUBOS DE VACÍO
METODOLOGÍA
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Ibc: Radiación directa normal incidente en el captador [W/m2]
Fuente: IDAE
METODOLOGÍA
CURVA DE RENDIMIENTO: FRESNEL
ŋ0: 0.576; c1: 0.000 ; c2: 0.0004 W/m2K2
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RENDIMIENTO CANAL PARABÓLICO
Fuente: La electricidad solar térmica, tan lejos, tan cerca
METODOLOGÍA
f(Sc, Ibn, Φ) F(ζtrack, 17,2; 5,76)
Esalida_campo_solar=Esolar_incidente · Fs · kmod· Fensuciamiento(0,95)· ŋópt,pico(0,81)·ŋtérmico (0,93)·Δt
f(Φ)
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TUBOS DE VACÍO – SEVILLA – 50m2 – 100°C
METODOLOGÍA
PRODUCCIÓN ENERGÍA TÉRMICA: 1000 kWh/m2
ŋCS=45% ŋI=36,5%
24METODOLOGÍA
FRESNEL– SEVILLA – 100m2 – 170°C
PRODUCCIÓN ENERGÍA TÉRMICA: 1127 kWh/m2
ŋCS=48% ŋI=39%
25METODOLOGÍA
CANAL PARABÓLICO– SEVILLA – 100m2 – 350°C
PRODUCCIÓN ENERGÍA TÉRMICA: 1133 kWh/m2
ŋCS=49% ŋI=39,7%
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EN EL AÑO 10 SE INCLUYE UN COSTE DE REPOSICIÓN DEL 10% INVERSIÓN
SENSIBILIDAD COSTES DE ± 30%
COSTES DE LA INSTALACIÓN SOLAR
METODOLOGÍA
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TUBOS DE VACÍO – APROVECHAMIENTO 100% - 20 AÑOS
METODOLOGÍA
T=100°C T=125°C T=150°C
INFLUENCIA DEL EMPLAZAMIENTO Y TAMAÑO
30METODOLOGÍA
FRESNEL – APROVECHAMIENTO 100% - 20 AÑOS
T=170°C T=220°C
INFLUENCIA DEL EMPLAZAMIENTO Y TAMAÑO
32METODOLOGÍA
ESCENARIOS DE EVOLUCIÓN DE COSTES
GAS NATURAL ELECTRICIDAD GASÓLEO
Fuente: EUROSTAT Fuente: Oil Bulletin
FUEL OIL
33METODOLOGÍA
COSTE DEL kWht SEGÚN FUENTE ENERGÉTICA CONVENCIONAL
Difmáx: 8,7 veces; Gas: 60% reducción; Electricidad: 473% reducción.
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TASA INTERNA DE RETORNO DE LA INSTALACIÓN SOLAR
EJERCICIO
SEVILLA - PAS 100% - ESCENARIO MEDIO10 AÑOS
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TASA INTERNA DE RETORNO DE LA INSTALACIÓN SOLAR
EJERCICIO
SEVILLA - PAS 100% - ESCENARIO MEDIO20 AÑOS
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¿SOLO COSTES?
OTRAS CONSIDERACIONES
GARANTÍAS: FIABILIDAD, DURABILIDAD
DISEÑO:
Características y calidad de los materiales y equipos , incluidos los
“pequeños” (rangos de temperatura).
Redes de distribución energética adecuada (trazados, pérdidas de
carga y térmicas, dilataciones, equilibrado…).
Control de la instalación solar y energía auxiliar.
MONTAJE:¿Se corresponde con el diseño?
Justificar las modificaciones
39OTRAS CONSIDERACIONES
PUESTA A PUNTO¿Se corresponde con el diseño?
Justificar las modificaciones
(Ej. Puesta a punto concentrador, control seguimiento, bombas, …)
MANTENIMIENTO BAJO PERO IMPRESCINDIBLE
- Medir: temperaturas, presiones, caudales, irradiancias,…
- Supervisar valores medidos, eficiencias, fracción solar, perfiles de demanda,
corrosiones, limpiezas, estanqueidades, actuación del sistema de control y
protecciones, degradaciones, etc.
- Programación de mantenimiento preventivo.
¿INSPECCIÓN?
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AUSENCIA DE MARCO NORMATIVO ESPECÍFICO PARA LAS TECNOLOGÍAS SOLARES DE CONCENTRACIÓN DE MEDIA TEMPERATURA
SECTOR CONCENTRACION SOLAR INSTALACIONES TÉRMICAS
ISO 9806:2013 (UNE-EN-12975:2006)
ESPECIFICA LOS MÉTODOS DE ENSAYO Y REQUISITOS DEDURABILIDAD, FIABILIDAD Y SEGURIDAD DE CAPTADORESSOLARES DE CALENTAMIENTO DE LÍQUIDOS.
Orden de 28 de julio de 1980;(Orden ITC/71/2007; Orden IET/401/2012))
UNE 206010:2015
PROPORCIONA PROCEDIMIENTOS Y DIRECTRICES PARA ENSAYOS A CENTRALES TERMOSOLARES COMPLETAS DE CAPTADOR DE CANAL PARABÓLICO.
REGLAMENTOS DE INSTALACIONES TÉRMICAS EN LOS EDIFICIOS (RITE)
MARCO NORMATIVO
OTRAS CONSIDERACIONES
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ACTUACIONES RECOMENDADAS
ACTUACIONES RECOMENDADAS
Costes
Reconocimiento económico de los impactos positivos de estas tecnologías.
Economía de escala.
Seguridad, Fiabilidad, Durabilidad y Eficiencia
Cadena de responsabilidad: Impulsar unas especificaciones técnicas mínimas de diseño, montaje, puesta a punto y mantenimiento de estas instalaciones.
Fomentar el desarrollo de buenas empresas instaladoras y de servicios energéticos
Generar normativa a nivel nacional e internacional que permita garantizar las calidades de productos e instalaciones como ocurre en la mayoría de sectores
Exigir al menos 5 años de garantía mínima total de eficiencia y fiabilidad de la instalación
I+D+i
Incluir la concentración solar como línea estratégica prioritaria de apoyo dentro de los fondos para de I+D+i por sus aspectos positivos y su potencial.
OBJETO • SEGUIR DISMINUYENDO LOS COSTES• GARANTIZAR LA SEGURIDAD, FIABILIDAD, DURABILIDAD Y EFICIENCIA
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CONCLUSIONES
- El coste de generación térmica solar es, hoy día, en ciertos escenarios, inferior al de energía convencional.
Ej. Sevilla, medio, PAS = 100%.
Retos:
- Reconocimiento económico de los impactos positivos.
- Garantías al empresario: Fiabilidad y durabilidad.
MUCHAS GRACIAS
Isidoro Lillo Bravo
Grupo de Termodinámica y Energías Renovables
Universidad de Sevilla
I SIMPOSIO TECNOLOGÍAS TERMOSOLARES DE CONCENTRACIÓN
SITUACIÓN ACTUAL Y PERSPECTIVAS DE FUTURO
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RENDIMIENTO CANAL PARABÓLICO
Esalida_campo_solar: Energía a la salida del campo solar [Wh]Esolar_incidente: Radiación solar incidente [W]Fsombra: Factor de sombra [°/1]Fensuciamiento: Factor de ensuciamiento [°/1] (0.95)kmod: Modificador del ángulo de incidencia [°/1]ŋópt,pico: Rendimiento óptico pico [%]ŋtérmico: Rendimiento térmico [%] (0.93)Δt: Intervalo de tiempo considerado [h]Sc: Área de apertura [m2]Ibn: Radiación directa normal [W/m2]
Φ: Ángulo de incidencia [°]Tetatrack: Ángulo de giro del captador de canal parabólico [°]Lec: Distancia entre filas de captadores [m] (17.2)aperccp: Ancho de apertura de los captadores [m] (5.76): Reflectancia (0.92)Α: Factor de interceptación (0.95)Γ: Transmitancia (0.965)α: Absortancia (0.96)