SOLAR ENERGY FOR INDUSTRIAL HEATING AND COOLING

Transcripción

1 SOLAR ENERGY FOR INDUSTRIAL HEATING AND COOLING José Miguel Cardemil Fraunhofer Chile Research Center for Solar Energy Technology FCR-CSET Fraunhofer

2 Contenido Organización de FCR CSET Potencial solar térmico para la industria Recurso solar en Chile Calor solar Caso de Faenas Mineras Refrigeración solar Caso Viña Miguel Torres Conclusiones 2

3 Fraunhofer Chile CSET 3 Líneas de Investigación Solar Power Generation Solar Process Heat Solar Water Treatment Resource assessment Concentrator technologies On-grid and off-grid systems Process heat for mining and food industries Solar cooling for food industries Solar Polygeneration Water detoxification Water sanitization Solar Desalination Industrial water treatment 3

4 Calor Solar 4 Source: IEA SHC - Solar Heat Worldwide Edition 2014

5 Potencial del Mercado La mitad del consumo energético de Europa es para uso térmico o de refrigeración 5 Source: EREC

6 Distribución del calor por tipo en Europa RHC Visión común 6 6

7 Demanda energética para sectores industriales Ecoheatcool 7 7

8 Contexto energético Chileno Los combustibles fósiles constituyen el 74% del consumo de energía primaria y el 64% de la matriz eléctrica. Chile no produce ninguno de estos recursos, el país es un importador energético. Esta dependencia genera una debilidad del país Volatilidad de precios Riesgos en el suministro Primary Energy Consumption 0,1% OIL 6,2% 20,0% 20,5% 19,0% 34,1% NATURAL GAS COAL HYDRO BIOMASS 8

9 Demanda de calor industrial Fuente: AppSol, Energía Solar térmica para la industria. Aiguasol (2015) 9

10 Demanda de calor industrial 10 Fuente: AppSol, Energía Solar térmica para la industria. Aiguasol (2015)

11 Demanda de calor industrial Fuente: AppSol, Energía Solar térmica para la industria. Aiguasol (2015) 11

12 Recurso solar en Chile Source: Escobar et al. Solar Energy Resource Assessment In Chile: Satellite Estimation And Ground Station Measurements Modelo satelital transferido por INPE Annual GHI kwh/m 2 day Annual DNI kwh/m 2 day 12 El recurso solar es apto para cualquier aplicación solar: PV Agua caliente sanitaria CSP Entre otras tecnologías

13 Recurso solar en Chile Altitud Promedio anual para el total diario de irradiación sobre un plano inclinado en un ángulo igual a la latitud local. kwh/m 2 13 metros sobre el nivel del mar

14 Aplicaciones Solares Térmicas Aproximadamente 6400m 2 de colectores solares instalados en Chile Sistema: Vivienda unifamiliar (4 personas) Demanda igual a 300 l. de agua Capacidad de almacenamiento igual a la demanda diaria Temperatura de consumo igual a 40 C Dos Tecnologías Colectores Planos Tubos evacuados Evaluación del rendimiento en términos de la fracción solar: H.P. High Performance L.P. Low Performance Flat Plate Evacuated Tube Parameters H. P. L.P H.P. L.P. F R ( ) F R U L K Fuente: catálogo SPF2011 F = 12 fi L i i=1 L i 14

15 Aplicaciones Solares Térmicas Flat Plate Collector Solar High Performance Low Performance Fraction Evacuated Tube Collector Solar High Performance Low Performance Fraction 15

16 Calor Solar Componentes ara conversión de radiación solar Torre Solar: capacidad de planta ~ 10 MW el, temperatura de operación C Disco Stirling: capacidad por unidad ~ kw e temperatura de operación C Colectores Cilindro Parabólicos, Reflectores lineares Fresnel: capacidad de planta ~ MW el, temperatura de operación < 550 C Colector de tubo evacuado, Colectores compuestos: capacidad por unidad ~ 1 kw th, temperatura de operación < 150 C Colector plano: capacidad por unidad ~ 1 kw th, temperatura de operación < 100 C 16

17 Temperatura de operación[ C] Tecnologías Solares Térmicas CSP Process Heat SHC 17 0,01 0, Tamaño de Planta [MW th ] 100

18 Faenas Mineras Ubicación de faenas mineras en Chile Promedio anual, total diario DNI kwh/m 2 18 ( 2007) (Atlas Solar de Chile, 2013)

19 Requerimientos de calor en procesos mineros: SX-EW 1. Extracción del mineral 2. Chancado 3. Lixiviación por pilas 4. Obtención por solvente Óxidos de cobre Hidrometalurgia / SX-EW 5. Electroobtención Adición de calor 19

20 Planta solar en Minera Centinela (ex - El Tesoro) Potencia: 12 MW th DNI anual en la zona: ~3600 kwh/ m 2 Fluido de trabajo: Agua presurizada a 13 bar Área de apertura de campos de colectores: m 2 Módulos de colectores: Abengoa PT-1 (13,2 m 2, 1280 unidades) Colectores Cilindro-Parabólicos Almacenamiento: 3 tanques con agua de 100 m 3 cada uno (53 MWh) Temperatura a la salida de la planta: 85 C Desplazamiento diesel: 3313 m 3 /año (original: 6781 m 3 /año) Inicio de operación: noviembre de

21 Planta solar en Minera Centinela (ex - El Tesoro) Esquema Planta Termosolar de El Tesoro Fuente: Diario La Tercera 30 julio

22 Planta solar en Minera Centinela (ex - El Tesoro) Energía térmica entregada por la Planta Solar MWh-t Radiación Solar Incidente DNI MWh-t Rechazo de exceso de calor (desenfoque) Pérdidas térmicas en estanques 1,7% 1,3% Ángulo de incidenci a Disponibil idad del campo solar 1% Eficiencia óptica del campo solar 41,8% Pérdidas térmicas del receptor 7,3% Pérdidas térmicas en tuberías 9,5% 12,9% Fraunhofer

23 Planta solar en Minera Centinela (ex - El Tesoro) Fuente: Google maps 23

24 Planta solar en Minera Centinela (ex - El Tesoro) 24

25 Jornada de Estudio - J.M. Cardemil Octubre/2014 Refrigeración Solar Peak de demanda caracterizado en ciertas áreas por la demanda de refrigeración y aire acondicionado Alta correlación con disponibilidad de radiación solar Refrigerantes estables, que no contribuyen al cambio climático Uso eficiente de colectores solares permite la configuración de sistemas de cogeneración y/o poligeneración Fuente: Review on solardriven ejector refrigeration technologies, Abdulateef, et al Fuente: Solar Cooling in Brazil, Fraunhofer ISE 25 25

26 Jornada de Octubre/ Poligeneración Solar en la Industria del Vino Diseñar y caracterizar un sistema de poligeneración solar* escalable que permita a las empresas vitivinícolas aumentar su independencia energética y disminuir la huella de carbono asociada a sus procesos de producción de vino. *: Calor de procesos+ refrigeración

27 Configuración: 27

28 Características Técnicas Chiller de Absorción Campo Solar Chilled water Cooling water Heat medium Potencia [kw] Temperatura entrada [ C] Temperatura salida [ C] Flujo [l/s] Potencia [kw] Temperatura entrada [ C] 31 Temperatura salida [ C] 35 Flujo [l/s] Potencia [kw] Temperatura entrada [ C] 88 Temperatura salida [ C] 83 Flujo [l/s] 1.2 Pump Potencia [W] 48 Área: 80m 2 Fabricante: Bosch Modelo:FCC-1S 28

29 Resultados preliminares Fracción Solar Verano: 48% Invierno: 35% Aporte energético sistema Verano: 48% Invierno: 57% Ajustes para escalar los resultados: Determinación ajustada de la demanda Sistemas de control Efectos meteorológicos Monitoreo : 1 Año 29

30 Integración del Sistema 30 30

31 Conclusiones Fraunhofer Chile CSET esta operativo y ofrece apoyo con el diseño, ingeniería, monitoreo, control de calidad,... para Sistemas de Energía Solar (térmica y eléctrica) Tecnologías solares están disponibles y madura: para la generación de electricidad y generación de calor (o ambas co-generación) Aplicaciones de calor de procesos y refrigeración solar son de gran interés para varias industrias en Chile. 31

32 SOLAR ENERGY FOR INDUSTRIAL HEATING AND COOLING José Miguel Cardemil Fraunhofer Chile Research Center for Solar Energy Technology FCR-CSET Fraunhofer