Estado del Arte de la Producción de Frío a partir de Energía Solar 8. CONCLUSIONES.

Transcripción

1 8. CONCLUSIONES. Hoy en día, existe un creciente interés en la búsqueda de fuentes de energía alternativas con el objetivo de reducir el impacto medioambiental producido por las distintas energías derivadas de la combustión de materiales fósiles. Este hecho es confirmado cuando se analizan los planes y proyectos de investigación realizados en España y en la Unión Europea. La sostenibilidad energética, tanto referida a la industria del transporte como a la de vivienda, juega un papel muy importante en estos planes y estudios. Actualmente, se está mostrando un interés extraordinario en este campo, con el objetivo de desarrollar lo máximo posible las máquinas de refrigeración que funcionan a partir de energías renovables, frente a las máquinas de refrigeración por compresión convencionales. La demanda de energía para refrigeración está incrementándose rápidamente en muchas partes del mundo, especialmente en zonas de climas moderados con altos niveles de desarrollo, como la mayor parte de los países de la Unión Europea. Tal es así que en algunos países miembros se ha invertido la proporción de consumo de electricidad desde el invierno tradicionalmente hasta el verano en la actualidad. Otro problema añadido es el de las puntas de consumo eléctrico como consecuencia del funcionamiento de estas máquinas de refrigeración, lo que ha generado en muchas ocasiones problemas de suministro y sobrecalentamiento en la red eléctrica. Este incremento de la energía demandada justifica la aparición de los sistemas de refrigeración solar, los cuales consumen energía solar en sustitución a la energía eléctrica (o de combustibles tradicionales). Esta energía solar consumida se encuentra acoplada con los momentos de mayor radiación solar, lo cual aporta viabilidad técnica a estas instalaciones. En este sentido, hay multitud de instalaciones grandes y pequeñas que se han instalado y funcionan desde hace tiempo en edificios residenciales y de oficinas, existiendo un mercado interesante en este campo. A parte de beneficios económicos, existe un beneficio directo en la reducción de la energía primaria consumida por los sistemas de refrigeración solar, los cuales tienen un rendimiento del 98% respecto a la energía primaria consumida, mejor que el 81% de los sistemas por compresión eléctrica. En el apartado 1.1. se describen los principales objetivos que se pretenden conseguir con la elaboración del presente proyecto. Una vez finalizado el proyecto, se puede comprobar y confirmar que se han cubierto todos esos objetivos, ya que se ha realizado un análisis de las distintas tecnologías de refrigeración solar y se ha expuesto también un estudio detallado del sistema de refrigeración solar por absorción, describiendo para ello los modelos de los principales fabricantes de máquinas de refrigeración solar por absorción y analizando el dimensionamiento y la viabilidad económica de las instalaciones de refrigeración solar por absorción; siendo estos los principales objetivos por los cuales se ha redactado este proyecto. En el apartado 3 se ha revisado el estado del arte de las distintas tecnologías de refrigeración solar. Como se ha indicado en este apartado, los procesos de refrigeración solar que utilizan el calor sin intermediación eléctrica Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 197

2 son más eficientes, ya que tanto la producción de frío como la energía consumida para abastecerlo son de carácter térmico. Entre todas las tecnologías de refrigeración solar descritas en el apartado 3, las más extendidas son la absorción, adsorción y los sistemas desecantes de aire. A continuación, se resumen las principales características (COP y rango de potencia) de cada una de estas tecnologías: - Absorción: el rango de potencia de los equipos se encuentra entre 5 y kw y los COP s varían del valor 0,3 de los de efecto medio, 0,7 para sistemas de simple efecto al valor de 1,2 para sistemas de doble efecto. - Adsorción: el rango de potencia de los equipos que utilizan la tecnología de adsorción se encuentra entre 50 y 430 kw y los COP s están entre 0,3 y 0,7. - Sistemas de refrigeración evaporativa con desecante: el COP de estos sistemas se encuentra entre 0,5 y 2,58. Para justificar la elección de estas tres instalaciones se acude a la rentabilidad de las fuentes de energía utilizada, en conjunción con el COP de cada una de las tecnologías. Los COP s esperables en ciclos de absorción son menores que los de ciclos de compresión mecánica, estando los primeros entre 0,7 (una etapa con BrLi) y 1,2 (doble etapa con BrLi) ó 0,5 (una etapa NH 3 /agua) a 0,8 (doble etapa) y los segundos en rendimientos de 1,5 a 5,5. Estos datos podrían hacer pensar en los equipos de compresión como los de posible utilización debido a su rendimiento, pero la realidad es que son los de absorción los más utilizados. Ello es debido a que hay que analizar el coste de producción de la energía demandada en cada una de las instalaciones, con lo que se comprueba que la energía demandada por un sistema de compresión es superior a la demandada por uno de absorción. Realizando un análisis sencillo, si para un sistema por compresión con COP igual a 5,5 el coste de cada unidad energética para la compresión es de 6 no compensa respecto a un posible sistema por absorción con COP de 1 cuyo coste energético es de uno. Esta simplificación se soporta en un estudio realizado en el que se afirma que siempre que exista la posibilidad de utilizar energías térmicas desechables, gratuitas o de muy bajo coste, procedentes de energías renovables, o efluentes de procesos industriales o de sistemas de cogeneración, la aplicación de sistemas de absorción para la producción frigorífica será competitiva e interesante. En cuanto a los sistemas de desecación de aire, también son interesantes como consecuencia de poder utilizar una energía residual y se hacen aplicables en climas húmedos, en los que el acondicionamiento directo del aire a través de la extracción de humedad proporciona una climatización adecuada. Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 198

3 Las principales desventajas de las máquinas de absorción recaen en su elevado peso y dimensiones y, especialmente, en un elevado coste de inversión inicial. Las máquinas de refrigeración por absorción pueden ser condensadas por agua o por aire. Las máquinas de absorción condensadas por agua llevan asociadas una torre de enfriamiento donde se evacua a la atmósfera el calor absorbido. La condensación por agua es la mayoritariamente empleada por las máquinas de absorción hasta la fecha, por sus buenas prestaciones. Si bien, en los últimos años, debido a la estricta reglamentación sobre las torres de refrigeración, cada vez están apareciendo más trabajos de investigación sobre máquinas condensadas por aire. Las torres de refrigeración, aparte del problema de su ubicación debido a su gran volumen, presentan el inconveniente de su exhaustivo mantenimiento ya que en ellas es muy frecuente la aparición de la bacteria denominada Legionella. Además, son unas de las principales responsables de que la tecnología de la absorción no haya conseguido implantarse en el mercado doméstico. Los sistemas condensados por aire presentan la gran ventaja de poder funcionar prescindiendo de la torre de refrigeración. Esta es la razón por la cual cada vez más la investigación en su desarrollo se está convirtiendo en un tema de máximo interés. En los últimos años, se ha incrementado el interés en desarrollar máquinas de absorción condensadas por aire y que puedan ser integradas en el sector residencial y en el de automoción. Las razones para este resurgimiento son de índole medioambiental y de ahorro energético. Dado que la refrigeración solar está en desarrollo es importante entender las barreras específicas para el crecimiento, así como las mejores estrategias para ayudar a superarlas. Los obstáculos más importantes para estas instalaciones son los siguientes: Barreras técnicas en instalaciones: - Falta de unidades de pequeño tamaño. - Falta de soluciones integradas a nivel comercial para el sector residencial y pequeño servicio. - Sólo disponibilidad de unos pocos colectores solares de temperatura media ( ºC). - Bajos rendimientos (COP). - En algunas ocasiones la necesidad de una torre de refrigeración húmeda. Barreras técnicas en preparación, guías, etc.: - No existen muchos profesionales con suficientes habilidades para el desarrollo de la tecnología - Falta de estándares, guías o herramientas simples de diseño. Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 199

4 Costes - Costes iniciales más altos que los sistemas de refrigeración convencionales - Hasta la fecha, difícil elección desde un punto de vista puramente económico - En algunas ocasiones, estas instalaciones quedan fuera de los incentivos para energía solar térmica Este proyecto ha puesto de manifiesto algunas de las barreras que impiden el desarrollo de esta tecnología, apuntando también a unas recomendaciones que marcan el estado del arte de la refrigeración solar, resumiendo en lo que se está trabajando e investigando desde multitud de asociaciones y organismos: Trabajo específicos de Investigación, Desarrollo e Innovación (I+D+I): - Investigación fundamental: Desarrollo de nuevos ciclos de refrigeración. Desarrollo de sistemas con alta temperatura. - Investigación y desarrollo aplicados: Mejora de los nuevos componentes, como sistemas de pequeño tamaño. Desarrollo de soluciones claras de pre-ingeniería, que permitan extender las pequeñas instalaciones. Desarrollo de guías de diseño y estandarizado de conceptos de operación y mantenimiento en instalaciones grandes. Desarrollo de herramientas avanzadas de modelado y diseño de instalaciones. - Incrementar el número de proyectos de demostración: Esencial para conseguir un alto grado de estandarización y guías probadas. Importante para tener buenas referencias y ejemplos de instalaciones. Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 200

5 Aumento del nivel de formación: - Cursos de formación específicos para profesionales. - Inclusión de los conceptos de refrigeración solar en los estudios de ingeniería. - Campañas de divulgación y diseminación de la tecnología. - Realización de estadísticas de demanda energética. Incentivos económicos: - Aumento de las ayudas para estas instalaciones. Proyecto Fin de Máster María Herrador Moreno 201