UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE

MÉXICO“Centro de Investigaciones en Energía”

Introducción al Aprovechamiento de las

Fuentes Renovables de Energía:

“Aprovechamiento de la Energía Solar de Alta Temperatura”

Alumnos:

Juan Carlos Castro Domínguez

Javier Alejandro Hernández Magallanes

Abraham Zepeda González

Responsable:

Dr. Roberto Best y Brown

Temixco, Mor. 08 · septiembre · 2011

Antecedentes

AntecedentesArquímedes

AntecedentesA. Mouchot

1880

En Alemania en 1907 se patentó el primer diseño de un colector

de canal parabólico, Dr. Wilhelm Maier y Adolf Remshardt.

Antecedentes

¿Qué es una Planta Termosolar?

Sistemas de ESTC

Canal Parabólico (CCP)

CARACTERÍSTICAS:Estos sistemas suelen trabajar a temperaturas deentre (100 y 400)°C.

“Alvarado I” (ACCIONA)50 MW28000 hogares236 millones de euros98000 t de CO2

130 ha184,320 espejos76.8 km

Concentradores de Fresnel

La tecnología Fresnel utiliza reflectores planos, simulando un espejo curvo por variación delángulo ajustable de cada fila individual de espejos, en relación con el absorbedor. Losreflectores se construyen con espejos de vidrio normales, por lo tanto su materia prima esmuy barata.

Están constituidos por cientos o miles de espejos conseguimiento en dos ejes (helióstatos) que reflejan laradiación solar sobre una región focal que se sitúa auna altura suficiente para evitar sombreamientos entrehelióstatos cercanos.

Sistemas de Torre Central (CRS)

CARACTERÍSTICAS:Operan a temperaturas de entre (250 y 1000)°C.Los CRS fueron concebidos para la generación de alta potencia.

PS10 y PS20 (Abengoa Solar)

La PS10 11 MW624 heliostatosLa torre mide 115 m de alturaEl receptor tiene 4 paneles de (5.5 x 12) m5500 hogares6 700 t de CO2

La PS2020 MW1 255 heliostatos165 metros de altura 10 000 hogares12 000 t de CO2

Discos Parabólicos (Dish-Stirling)

Están diseñados con espejos parabólicos y un motor de combustiónexterna Stirling. El funcionamiento consiste en el calentamiento de unfluido localizado en el receptor hasta una temperatura de aprox. 750 °C. Elmotor transfiere su energía mecánica a un generador eléctrico que ha sidoacoplado al mismo conjunto.

Lo constituyen un sistema óptico compuesto por un helióstato con seguimiento del Sol que refleja la radiación solar a un espejoconcentrador. Debido a que la zona focal del espejo concentrador está fija, es sencillo instalar aparatos experimentales o deaplicación. El nivel de potencia del Horno es ajustado usando un atenuador, que trabaja como una persiana veneciana, y estálocalizado ente el helióstato y el concentrador.

Un Horno Solar es un sistema de altaconcentración que provee unaatmósfera y espacio de trabajoadecuados, en donde la radiación deenergía para calentamiento puede sercontrolada con precisión y modificadacon rapidez. Un Horno solar esbásicamente un instrumento deinvestigación científica.

Horno Solar

Los hornos solares cubren un amplio espectro de aplicaciones, por ejemplo:

•Procesamiento y manufactura demateriales avanzados: cerámicasmetalizadas para componenteselectrónicas, fulerenos y nanotubos.•Determinación de propiedadestermofísicas bajo luz solarconcentrada, incluyendo expansióntérmica, conductividad y difusividadtérmicas, calor específico,propiedades mecánicas, yemisividad y emitancia espectral.•Determinación del funcionamientoy los límites de falla de materialescerámicos y refractarios.

•Envejecimiento acelerado de materiales por UV.•Desarrollo de receptores para la tecnología deplantas de generación de potencia termosolar.•Descomposición térmica y termoquímica del aguapara la producción de Hidrogeno.•Simulación de efectos térmicos en presencia deflujo radiativo altamente concentrado.•Destrucción de materiales tóxicos: industriales,orgánicos, desechos hospitalarios, etc.

Estanques solares.a) Se usan grandes cantidades de agua salada y dulce.

b) Comúnmente existe un gradiente de temperatura de 60°C.

c) Tienen una eficiencia del 2%.

d) Para una producción de 50 MW es necesaria un área de 20 hectáreas.

e) Funcionan como almacenes de energía solar.

f) Grandes cantidades de agua dulce para mantener una diferencia de concentración salinas. (No es conveniente en zonas desérticas).

g) Desalinización del agua.

Estanques solares.

Conversión de energía térmica oceánica (OTEC).

a) Es generada en el mar. Aprovechando el gradiente de temperaturas entre la profundidad y la superficie 20°C.

b) Es necesaria una profundidad de 1000 m para alcanzar este gradiente.

c) Las eficiencias son muy bajas.

d) En 1930 un barco en el Caribe fue pionero en esta área ( se utilizo más energía para bombear el agua que la energía obtenida.)

e) Actualmente son producidos 10MW de electricidad , pero con un bombeo de 500m³/s

Conversión de energía térmica oceánica (OTEC)

Chimeneas solares.

a) Las chimeneas solares explotan el aire caliente producido por el efecto invernadero teniendo una eficiencia de 1.3%.

b) El aire caliente es conducido (por diferencia de densidades) hacía un área de 32 turbinas , las cuales están sobre la circunferencia del la chimenea.

c) El trabajo realizado por las 32 turbinas es conducido a un generador el cual a su vez genera energía eléctrica.

d) Actualmente existen plantas de 50MW (España) el cual tiene un diámetro de 240 m de colector efecto invernadero y una torre de 195 m de altura.

e) Se piensan crear chimeneas con generación de 100MW usando colectores de 3.6 km de diámetro y 950 m de altura

Chimeneas solares.

Andasol-1

Planta AndaSol-1

Potencia (MW) 50

Almacenamiento Si

Hibridación No

Área de captación (m2) 512 120

Colector implementado SKAL-ET

Año de operación 2008

Terreno (ha) 195

Puertollano

Planta Puertollano

Potencia (MW) 50

Almacenamiento No

Hibridación No

Área de captación (m2) 287 760

Colector implementado Eurotrough-150

Año de operación 2009

Terreno (ha) 135

Planta SEGS-

I

SEGS-

II

SEGS-III y

IV

SEGS-

V

Potencia (MW) 13.8 30 30 30

Almacenamiento Si No No No

Hibridación Si Si Si Si

Área de captación (m2) 82 969 190 338 203 980 250 560

Colector implementado LS-1 LS-1 LS-2 LS-3

Año de operación 1984 1895 1987 1988

Terreno (ha) - - - -

Planta SEGS-

VI

SEGS-

VII

SEGS-

VIII

SEGS-

IX

Potencia (MW) 30 30 80 80

Almacenamiento No No No No

Hibridación Si Si Si Si

Área de captación (m2) 188 000 194 280 464 340 483 960

Colector implementado LS-3 LS-3 LS-3 LS-3

Año de operación 1988 1989 1990 1991

Terreno (ha) - - - -

SEGS

Nevada Solar One

Planta NSO

Potencia (MW) 64

Almacenamiento Si

Hibridación Si

Área de captación (m2) 357 200

Colector implementado Solargenix

Año de operación 2007

Terreno (ha) 162

Alvarado-I

Planta Alvarado I

Potencia (MW) 50

Almacenamiento No

Hibridación No

Área de captación (m2) 372 240

Colector implementado

Año de operación 2009

Terreno (ha) 130

SolNova 1

Planta AndaSol-1

Potencia (MW) 50

Almacenamiento Si

Hibridación No

Área de captación (m2) 512 120

Colector implementado SKAL-ET

Año de operación 2008

Terreno (ha) 195

PS10

Planta PS10

Potencia (MW) 11

Número de helióstatos 624

Altura de la torre (m) 114

Empresa que la opera Abengoa

Año de operación 2007

PS20

Planta PS20

Potencia (MW) 20

Número de helióstatos 1 255

Altura de la torre (m) 165

Empresa que la opera Abengoa

Año de operación 2009

Gemasolar

Planta Gemasolar

Potencia (MW) 20

Número de helióstatos 2 650

Altura de la torre (m) 140

Empresa que la opera Gemasolar

Sistema de almacenamiento Si

Año de operación 2010

Aznalcollar TH

Planta Aznalcollar

Potencia (MW) 0.08

Número de discos 8

Manzanares

Planta Gemasolar

Potencia (MW) 0.05

Número de turbinas -

Altura de la torre (m) 180

Empresa que la opera

Schlaich

Bergermann

und Partners

Sistema de almacenamiento No

Año de operación 1982

EnviroMission

Planta Gemasolar

Potencia (MW) 200

Número de turbinas 32

Altura de la torre (m) 1 000

Empresa que la opera EnviroMission

Sistema de almacenamiento Si

Año de operación -

Central de Ciclo Combinado Agua Prieta II, 464.4 MW, Campo Solar de 12 MW

Elecnor y Sener, 194 millones de euros, mayo 2013.

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