Sistema termosolar de torre central. Presenta: Dr. Jesús Fernando Hinojosa Palafox

Transcripción

1 Sistema termosolar de torre central Presenta: Dr. Jesús Fernando Hinojosa Palafox

2 Niveles de Temperatura de las Tecnologías de Concentración 1500 C Disco parabólico 1000 C 400 C Torre Central (Sistema de Receptor Central) 150 C 50 C Canal parabólico/ Fresnel lineal

3 Mapa de insolación solar en la República Mexicana Hermosillo, Sonora

4 Esquema del Sistema de Torre Central

5 Planta demostrativa Solar Two Planta demostrativa de 10 MWe m 2 de Helióstatos. Sal de nitrato fundida a 650 C y almacenada a 290 C. 6 horas de almacenamiento. Conectada a la red de 1996 a 1999.

6 Plantas comerciales de torre central PS10 y PS20 Plantas de 11 y 20 MWe en operación en España desde 2007 y Torres de 114 m y 165 m de altura. 625 (PS10) y 1255 (PS20) heliostatos de 120 m 2 cada uno. Construidas por la compañía Abengoa, en la plataforma solar de Solucar. Utilizan almacenamiento térmico con agua caliente presurizada, para proporcionar una hora de capacidad almacenamiento.

7 Plantas comercial de torre central Gemasolar Potencia eléctrica nominal: 19.9 MW. Producción eléctrica neta: 110 GWh/año Campo solar: 2,650 heliostatos en 185 hectáreas. Utiliza una torre de 140 m de altura para calentar sales fundidas (nitratos de sodio y potasio) de 290 C a 565 C. Sistema de almacenamiento térmico: dos tanques de almacenamiento de sales fundidas permite una autonomía de generación eléctrica de hasta 15 horas sin aporte solar y 80 GWh por año. Permite factor de planta de 75%. Construidas por la compañía Gemasolar 2006 SAU, Fuentes de Andalucía (Sevilla, España). Operando desde Mayo 2011.

8 Plantas comercial de torre central Ivampah Potencia eléctrica nominal: 392 MWe. Producción eléctrica neta: 650 GWh/año Campo solar: 173,500 heliostatos (14 m 2 ) en 1420 hectáreas. Opera con generación directa de vapor. Cada unidad produce vapor sobrecalentado a 540 C y 160 bar. Factor de planta de 31.4% con eficiencia global de 28.4%. Torre de 140 m de altura. Construidas por la compañía NRG Energy, Google, Gobierno USA (Desierto Mojave, California-Nevada). Operando desde Febrero 2014.

9 Plantas comercial de torre central Crescent Dunes Potencia eléctrica nominal: 110 MWe. Producción eléctrica neta: 650 GWh/año Campo solar: 10,347 heliostatos (115 m 2 ). Torre de 195 m de altura. Sistema de almacenamiento térmico con sales fundidas permite una autonomía de generación eléctrica de hasta 10 horas sin aporte solar. Cada tanque tiene una capacidad de 13.6 millones de litros y esta diseñado para almacenar 32 toneladas de sal fundida. La sal caliente se almacena a 565 C y la sal fría a 288 C. Construidas por la compañía Tonopah Solar Energy (Tonopah, Nevada). operando desde Febrero Venderá energía a $0.135 doláres por kilowatt-hora.

10 Plantas comercial de torre central Khi Solar One Potencia eléctrica nominal: 50 MWe. Producción eléctrica neta: 48 GWh/año Tres receptores de cavidad situados en una torre de 205 m, orientados al sur, este y oeste, se utilizan para producir vapor sobrecalentado con una temperatura de hasta 530 C y presión de 120 bar. Sistema de almacenamiento térmico con sales fundidas permite una autonomía de generación eléctrica de hasta 2 horas sin aporte solar. Construidas por la compañía Abengoa Solar en sociedad con IDC y Khi Community Trust (cerca de Upington, en la provincia de Northern Cape, Sudáfrica) operando desde Febrero 2016.

11 Responsable: Dr. Claudio A. Estrada Gasca (IER-UNAM) Monto global: $ 67 MDP (CONACYT $ 33 MDP, UNAM $ 20 MDP, UNISON $ 14 MDP) Objetivo general: Desarrollar un laboratorio nacional constituido por una red de grupos de investigación con el propósito de avanzar en el desarrollo de las tecnologías de concentración solar y química solar en México, generando conocimiento científico y tecnológico, así como formando recursos humanos de alto nivel en el área. El proyecto se divide en tres sub-proyectos: Laboratorio Nacional de Concentración y Química Solar ( ) a) Horno Solar de Alto Flujo Radiativo (HoSIER) y Laboratorio de Termoquímica Solar (LTQS). b) Planta Solar para el Tratamiento Fotocatalítico de Aguas Residuales (PSTFAR). c) Campo Experimental de Torre Central (CEToC). Proyecto único en Latinoamérica o en países en desarrollo que ha permitido posicionar a México en el ámbito mundial en la investigación sobre las tecnologías de concentración solar. Se busca impulsar el desarrollo de una industria nacional de tecnologías de concentración solar.

12 Sub-proyecto: Horno Solar de Alto Flujo Radiativo (HoSIER) 6.9 cm 65.7 o Sistema de concentración solar como instrumento de investigación científica y tecnológica con altos flujos radiativos solares. 25 kwt y soles. Temperaturas superiores a 3400 K. Alineamiento y Calibración de los sistemas ópticos, mecánicos y electrónicos del HoSIER.

13 Subproyecto: Laboratorio de Termoquímica METAS: Complementar la infraestructura del Horno Solar del CIE con equipo analítico para la caracterización de procesos termoquímicos solares. Contar con una instalación experimental para la producción de hidrógeno a partir de energía solar concentrada. Realizar pruebas de gasificación de coque de petróleo. Evaluar reactores termoquímicos para obtención de gas de síntesis a partir de pirolisis de PETs. Generar nuevos conocimientos científicos y técnicos en el área. Formar recursos humanos altamente especializados.

14 Sub-proyecto: Campo de Pruebas para Helióstatos (CPH) 1 hectárea de terreno (20 disponibles). Torre de 36 m. Blanco Lambertiano de 7m x 8m. Cabina de experimentación con apertura de 4m x 4m. 883 m 2 de helióstatos instalados (24 de 36 m 2, 1 de 6 m 2 y 9 de 1.5 m 2 ). Comunicación, control e instrumentación del campo. Laboratorio anexo y cuarto de control (50 m 2 ). Temperaturas de hasta 600 C.

15 Subproyecto: Campo Experimental de Torre Central (CEToC) METAS: Obtener la experiencia y adoptar la tecnología de sistemas de TC, para realizar aportaciones innovadoras en esta tecnología que permitan, en el mediano plazo, el desarrollo de una industria nacional. Contar con un sistema de control y adquisición de datos para el monitoreo automático del sistema TC. Desarrollar diferentes prototipos de helióstatos que sean potencialmente transferibles a la industria. Realizar el diseño de receptores para aplicaciones específicas. Generar los conocimientos y la experiencia que permitan realizar investigación e innovación tecnológica en el área. Formación de recursos humanos altamente especializados.

16 Diseño, construcción, instrumentación y evaluación de un Receptor-calorimetro

17 Calorímetro en operación Como fluido térmico se utiliza agua. Dimensiones : 0.1m x 1.25 m x 1.25 m. 4 entradas y salidas de 3.18 cm (1.5 ) de diámetro superficies extendidas (cilindros) de 9 cm de largo y 0.95 cm (⅜ ) de diámetro. Fabricado en aluminio 6061-T6.

18 Caracterización térmica del receptor

19 Reactor para pirolisis de biomasa Producción de gas de síntesis y biochar a partir de deshechos agrícolas. Aire como fluido térmico. Pirolisis lenta a 400 C.

20 Simulación numérica de reactor

21 Características deseables de fluidos térmicos para Sistemas Termosolares de Torre Central Se prefiere fluidos con alta capacidad calorífica y densidad, pero baja presión de vapor. Buenas propiedades de transporte (baja viscosidad y alta conductividad térmica). Que no sean corrosivos o tengan baja corrosión en tanque de almacenamiento térmico, tuberías, y válvulas para el transporte del fluido. Un punto de fusión lo mas bajo posible. El punto de ebullición sea de al menos 800 C. Bajo costo y abundantes por la alta demanda almacenamiento térmico de energía.

22 Comentarios del almacenamiento térmico en Sistemas Termosolares de Potencia A escala comercial, el almacenamiento térmico de calor sensible con sales fundidas es el más desarrollado. A nivel demostrativo e encuentra el uso de bloques de grafito (Lake Cargelligo, NSW, Australia) y el uso de partículas en receptor de lecho fluidizado (Sicilia, Italia). El almacenamiento con materiales de cambio de fase (calor latente) y en forma temoquímica, son opciones prometedoras que se encuentran en desarrollo. Hay esfuerzos importantes en el desarrollo de nuevos fluidos térmicos: (a) Nuevas mezclas de sales (cloruros y flouroros principalmente), (b) Nanofluidos.

23 Gracias por su atención