MERCADO POTENCIAL EN ESPAÑA Y APLICACIONES EN TECNOLOGÍAS SOLARES DE CONCENTRACIÓN DE MEDIA TEMPERATURA

Transcripción

1 I SIMPOSIO TECNOLOGÍAS TERMOSOLARES DE CONCENTRACIÓN SITUACIÓN ACTUAL Y PERSPECTIVAS DE FUTURO 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

2 ÍNDICE 1.- INTRODUCCIÓN 2.- OBJETIVO 3.- METODOLOGÍA 4.- RESULTADOS 5.- OTRAS CONSIDERACIONES 6.- ACCIONES RECOMENDADAS 7.- CONCLUSIONES 2 ÍNDICE

3 ENERGÍA SOLAR? EMPRESARIO: - SATISFACER NECESIDAD CON GARANTIAS - MINIMIZAR COSTES MARCO NORMATIVO COSTES INVERSIÓN COSTES OPERACIÓN (COMBUSTIBLES) Qué hacer? Impuestos ESTADO/SOCIEDAD: - SEGURIDAD - SOSTENIBILIDAD: - EMISIONES (CO 2 ) - NO DEPENDENCIA ENERGÉTICA - EMPLEO - OBJETIVOS 2020 TECNOLOGÍAS SOLARES TECNOLOGIAS CONVENCIONALES 3 INTRODUCCION

4 ESQUEMA INSTALACIÓN CAMPO SOLAR TUBOS DE VACÍO FRESNEL CP 4 INTRODUCCION

5 SISTEMA SOLAR PARA CALENTAMIENTO INDIRECTO DE FLUIDOS 5 INTRODUCCION Fuente: IDAE

6 APLICACIONES CLIMATIZACIÓN CENTRO COMERCIAL ESTAMBUL (TURQUÍA) Climatización para superficie de 30000m 2 mediante sistema de absorción Campo solar de 1200 colectores de tubo de vacío Fuente: Ritter XL SOLAR 6 INTRODUCCION

7 APLICACIONES ESCUELA SUPERIOR DE INGENIEROS SEVILLA (ESPAÑA) EMPRESA GRASAS DEL GUADALQUIVIR CÓRDOBA (ESPAÑA) Genera parte de la climatización que se demanda en el edificio Máquina de refrigeración: Sistema de absorción de doble efecto con ciclo LiBr/H 2 O Campo solar: 352m 2 Potencia de refrigeración: 174 kw Potencia de calefacción: 135 kw La energía térmica generada en la instalación solar se emplea en el proceso industrial de elaboración grasas. Producción energética de kwh anuales. 7 INTRODUCCION

8 APLICACIONES LESA ENGADIN (SUIZA) EMMI SAIGNELÉGIER (SUIZA) MINERA EL TESORO DESIERTO DE ATACAMA (CHILE) La energía térmica generada en la instalación solar se emplea en generar vapor que se inyecta en la red ya existente en la industria Captador PolyTrough1200 canal parabólico de tamaño reducido La energía térmica generada mediante la instalación solar se emplea en el proceso de calefacción de la industria Captador PolyTrough1800, canal parabólico de tamaño reducido La instalación solar suministra vapor industrial necesario en la actividad minera. Campo solar de 1280 colectores de canal parabólico Incorpora sistema de almacenamiento de energía térmica. 8 INTRODUCCION

9 APLICACIONES CLIMATIZACIÓN AEROPUERTO GINEBRA (SUIZA) Campo solar: 1200m colectores UHV-SRB Energy Fluido caloportador : Aceite (hasta 130 C) Energía anual producida (calor) : 70MWh Energía anual producida (frío): 300MWh EMPRESA DE DISTRIBUCIÓN FARMACÉUTICA HEFAME MURCIA (ESPAÑA) Proyecto MEDICOOL (Programa LIFE+) Climatización de naves de almacenamiento de productos farmacéuticos con requerimientos especiales de temperatura Campo solar: 3600m 2 Fuente: SRB Energy 9 INTRODUCCIÓN

10 MERCADO GLOBAL EN EUROPA PROCESOS A NIVEL INDUSTRIAL, RESIDENCIAL O TERCIARIO ENERGÍA SOLAR TÉRMICA Fuente: European Commission, Heating and Cooling in the European Energy Transition. Challenges and Facts. Brussels, 2015, 10 INTRODUCCION

11 11 Refrigeración INTRODUCCIÓN MERCADOS OBJETIVO INDUSTRIA PROCESO RANGO DE TEMPERATURA ( C) Láctea Esterilización Secado Comida enlatada Esterilización Textil Secado, desengrasado Fijado Papel Blanqueo Jabones Química Caucho sintético Calor de proceso Petróleo Subproductos de la madera Preparación de pulpa Desalinización Fluido caloportador Minera Secado Fundición del concentrado Calentamiento de soluciones Lavado Preparación Destilación Plásticos Separación Extensión Secado Mezclado Tratamiento térmico Revenido medio Máquina de absorción de doble efecto

12 SITUACION 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. 12 SITUACION ACTUAL

13 OBJETIVO ESTIMACIÓN COSTE GENERACIÓN TÉRMICA CON TECNOLOGÍAS SOLARES DE CONCENTRACIÓN-ENERGIA CONVENCIONAL EMPLEAR ENERGÍA SOLAR EN LUGAR DE CONVENCIONAL? OBJETIVO

14 AMBITO EMPLAZAMIENTO 12 EMPLAZAMIENTOS (I---V) +/- 15% TECNOLOGÍA SUPERFICIE DEL CAMPO SOLAR (m 2 ) TEMPERATURA MEDIA DEL FLUIDO DE TRABAJO ( C) TUBO DE VACÍO FRESNEL CANAL PARABÓLICO COSTES +/- 30% GAS NATURAL: I1-I6 ELECTRICIDAD: IA-IG GASÓLEO FUEL OIL 14 Fuente: EUROSTAT Fuente: Oil Bulletin METODOLOGÍA

15 HIPÓTESIS PRINCIPALES 1. El proceso industrial demanda un solo nivel térmico ( ºC). 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. 15 METODOLOGÍA

16 METODOLOGÍA 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. 16 METODOLOGÍA

17 EMPLAZAMIENTOS SELECCIONADOS DIFERENCIAS EMPLAZAMIENTOS: 32% - RADIACIÓN GLOBAL HORIZONTAL 48% - RADIACIÓN DIRECTA NORMAL Fuente: Meteonorm (V.7.1.4) SENSIBILIDAD: RECURSO SOLAR ± 15% 17 METODOLOGÍA

18 RADIACIÓN GLOBAL PAS = 100%, 75%, 50% Hg0_anual=1926 kwh/m 2 Hg0_mensual,máx=257 kwh/m 2 Hg0_mensual,min=75 kwh/m 2 Relación=3.4 veces Hg37_anual=2241 kwh/m 2 Hg37_mensual,máx=233 kwh/m 2 Hg37_mensual,min=138 kwh/m 2 Relación=1.7 veces Hg60_anual=2059 kwh/m 2 Hg60_mensual,máx=194 kwh/m 2 Hg60_mensual,min=145 kwh/m 2 Relación= 1.3 veces 18 METODOLOGÍA

19 RADIACIÓN DIRECTA NORMAL-PLANO PAS = 100%, 75%, 50% Hbn_anual= 2328 kwh/m 2 Hbn_mensual,máx = 298 kwh/m 2 Hbn_mensual,min = 122 kwh/m 2 Relación= 2.4 veces Hbn cos(ang inc)_anual=2039 kwh/m 2 Hbn cos(ang inc)_mensual,máx = 292 kwh/m 2 Hbn cos(ang inc)_mensual,min = 87 kwh/m 2 Relación= 3.4 veces 19 METODOLOGÍA

20 CURVA DE RENDIMIENTO: TUBOS DE VACÍO Fuente: Catálogos comerciales ŋ 0 : 0.63; a 1 : 0.86 ; a 2 : 0.01 W/m 2 K 2 20 METODOLOGÍA

21 CURVA DE RENDIMIENTO: FRESNEL Fuente: IDAE ŋ 0 : 0.576; c 1 : ; c 2 : W/m 2 K 2 I bc : Radiación directa normal incidente en el captador [W/m 2 ] 21 METODOLOGÍA

22 RENDIMIENTO CANAL PARABÓLICO Fuente: La electricidad solar térmica, tan lejos, tan cerca E salida_campo_solar =E solar_incidente F s k mod F ensuciamiento(0,95) ŋ ópt,pico(0,81) ŋ térmico (0,93) Δt f(s c, I bn, Φ) F(ζ track, 17,2; 5,76) f(φ) 22 METODOLOGÍA

23 TUBOS DE VACÍO SEVILLA 50m C PRODUCCIÓN ENERGÍA TÉRMICA: 1000 kwh/m 2 ŋ CS =45% ŋ I =36,5% 23 METODOLOGÍA

24 FRESNEL SEVILLA 100m C PRODUCCIÓN ENERGÍA TÉRMICA: 1127 kwh/m 2 ŋ CS =48% ŋ I =39% 24 METODOLOGÍA

25 CANAL PARABÓLICO SEVILLA 100m C PRODUCCIÓN ENERGÍA TÉRMICA: 1133 kwh/m 2 ŋ CS =49% ŋ I =39,7% 25 METODOLOGÍA

26 INFLUENCIA DEL EMPLAZAMIENTO Y TEMPERATURA DE USO 26 METODOLOGÍA

27 COSTES DE LA INSTALACIÓN SOLAR EN EL AÑO 10 SE INCLUYE UN COSTE DE REPOSICIÓN DEL 10% INVERSIÓN 27 METODOLOGÍA SENSIBILIDAD COSTES DE ± 30%

28 COSTE GENERACIÓN UNIDAD ENERGÍA SOLAR TÉRMICA EMPLAZAMIENTO: SEVILLA 28 METODOLOGÍA

29 TUBOS DE VACÍO APROVECHAMIENTO 100% - 20 AÑOS INFLUENCIA DEL EMPLAZAMIENTO Y TAMAÑO T=100 C T=125 C T=150 C 29 METODOLOGÍA

30 FRESNEL APROVECHAMIENTO 100% - 20 AÑOS INFLUENCIA DEL EMPLAZAMIENTO Y TAMAÑO T=170 C T=220 C 30 METODOLOGÍA

31 CP APROVECHAMIENTO 100% - 20 AÑOS INFLUENCIA DEL EMPLAZAMIENTO Y TAMAÑO T=350 C 31 METODOLOGÍA

32 ESCENARIOS DE EVOLUCIÓN DE COSTES GAS NATURAL ELECTRICIDAD GASÓLEO FUEL OIL 32 METODOLOGÍA Fuente: EUROSTAT Fuente: Oil Bulletin

33 COSTE DEL kwh t SEGÚN FUENTE ENERGÉTICA CONVENCIONAL D ifmáx : 8,7 veces; Gas: 60% reducción; Electricidad: 473% reducción. 33 METODOLOGÍA

34 COMPARACIÓN SEVILLA APROVECHAMIENTO 100% - 10 AÑOS 34 RESULTADOS

35 COMPARACIÓN SEVILLA APROVECHAMIENTO 100% - 20 AÑOS 35 RESULTADOS

36 TASA INTERNA DE RETORNO DE LA INSTALACIÓN SOLAR SEVILLA - PAS 100% - ESCENARIO MEDIO 10 AÑOS 36 EJERCICIO

37 TASA INTERNA DE RETORNO DE LA INSTALACIÓN SOLAR SEVILLA - PAS 100% - ESCENARIO MEDIO 20 AÑOS 37 EJERCICIO

38 SOLO COSTES? 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 38 OTRAS CONSIDERACIONES

39 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? OTRAS CONSIDERACIONES

40 MARCO NORMATIVO AUSENCIA DE MARCO NORMATIVO ESPECÍFICO PARA LAS TECNOLOGÍAS SOLARES DE CONCENTRACIÓN DE MEDIA TEMPERATURA SECTOR CONCENTRACION SOLAR ISO 9806:2013 (UNE-EN-12975:2006) ESPECIFICA LOS MÉTODOS DE ENSAYO Y REQUISITOS DE DURABILIDAD, FIABILIDAD Y SEGURIDAD DE CAPTADORES SOLARES DE CALENTAMIENTO DE LÍQUIDOS. INSTALACIONES TÉRMICAS REGLAMENTOS DE INSTALACIONES TÉRMICAS EN LOS EDIFICIOS (RITE) Orden de 28 de julio de 1980; (Orden ITC/71/2007; Orden IET/401/2012)) UNE :2015 PROPORCIONA PROCEDIMIENTOS Y DIRECTRICES PARA ENSAYOS A CENTRALES TERMOSOLARES COMPLETAS DE CAPTADOR DE CANAL PARABÓLICO. 40 OTRAS CONSIDERACIONES

41 ACTUACIONES RECOMENDADAS OBJETO Costes Reconocimiento económico de los impactos positivos de estas tecnologías. Economía de escala. SEGUIR DISMINUYENDO LOS COSTES GARANTIZAR LA SEGURIDAD, FIABILIDAD, DURABILIDAD Y EFICIENCIA 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. 41 ACTUACIONES RECOMENDADAS

42 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. 42

43 I SIMPOSIO TECNOLOGÍAS TERMOSOLARES DE CONCENTRACIÓN SITUACIÓN ACTUAL Y PERSPECTIVAS DE FUTURO MUCHAS GRACIAS Isidoro Lillo Bravo Grupo de Termodinámica y Energías Renovables Universidad de Sevilla

44 RENDIMIENTO CANAL PARABÓLICO E salida_campo_solar : Energía a la salida del campo solar [Wh] E solar_incidente : Radiación solar incidente [W] F sombra : Factor de sombra [ /1] F ensuciamiento : Factor de ensuciamiento [ /1] (0.95) k mod : Modificador del ángulo de incidencia [ /1] ŋ ópt,pico : Rendimiento óptico pico [%] ŋ térmico : Rendimiento térmico [%] (0.93) Δt: Intervalo de tiempo considerado [h] S c : Área de apertura [m 2 ] I bn : Radiación directa normal [W/m 2 ] Φ: Ángulo de incidencia [ ] Teta track : Ángulo de giro del captador de canal parabólico [ ] L ec : Distancia entre filas de captadores [m] (17.2) aper ccp : 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) 44