Universidad de Sevilla Escuela Superior de Ingenieros Departamento de Ingeniería Energética Estudio Económico y Termoeconómico del disco Stirling EuroDish de la E.S.I. de Sevilla 24 de mayo de 2010 Autor: José Ignacio Romero Toscano Tutor: Carlos Gómez Camacho
Universidad de Sevilla Escuela Superior de Ingenieros Departamento de Ingeniería Energética Estudio Económico y Termoeconómico del disco Stirling EuroDish de la E.S.I. de Sevilla por José Ignacio Romero Toscano Tutor: Carlos Gómez Camacho Sevilla a 24 de mayo de 2010 José Ignacio Romero Toscano
Agradecimientos Por supuesto, a mis padres, que confiaron en mí incluso en los peores momentos. A mis amigos y compañeros don Daniel Agredano de San Laureano, don José Ángel Correa Herrero, don Alberto de San Bernabé Clemente, don Francisco José Florencio Ojeda y don Rafael Ferrín Pozuelo, por asesorarme en varios temas que me sirvieron para avanzar en este proyecto. A doña Irene Ordóñez Barreiro, don Miguel Larrañeta Gómez-Caminero, don Damián Ramírez González, doña Helena Ramos Méndez, doña María Concepción Ruiz Martínez, don Juan Gavilán Conde y don Jonathan Vera Medina por ser estupendos compañeros de trabajo y haberme ayudado siempre que se lo he pedido. A don Javier Córdoba Delgado, por aportarme todos los datos económicos que he necesitado para el proyecto. A don Manuel Silva Pérez por haberme dado la oportunidad de trabajar para él y haberme ayudado en todo lo que he necesitado para el proyecto. A don Carlos Gómez Camacho, por haber sido un excelente tutor en este proyecto, cuya realización me ha permitido aprender y formarme como ingeniero.
Resumen Con los datos recopilados durante cinco años de operación, se ha realizado un estudio económico y termoeconómico del sistema de disco solar Stirling EuroDish de la Escuela Superior de Ingenieros de Sevilla. En el análisis económico se han resuelto dos situaciones distintas. Para calcular los parámetros en la primera situación se han considerado los datos reales generados hasta el momento por el sistema EuroDish de la Escuela Superior de Ingenieros de Sevilla. En el segundo caso se ha planteado una configuración de parámetros ficticia pero realista, buscando la viabilidad del proyecto. En la situación para la que se han usado los datos reales, considerando una producción anual de 10000 kwh (36 GJ) y una vida útil de 25 años, se comprueba que el método de amortización según porcentaje constante para el coeficiente máximo de amortización es el más rentable y que la mejor forma de venta de la energía eléctrica producida es según la tarifa de mercado. Los indicadores económicos en este caso resultan: VAN = 91339,76 IR = 0,223 CUE = 1,3846 kwh = 384,61 GJ CP = 186962,49 CP l = 14625,46 Se comprueba que con los datos reales el proyecto no resultaría rentable. Sin embargo, el sistema EuroDish del que se han extraído los datos está dedicado exclusivamente a investigación, por lo que no se ha tenido en cuenta la maximización de la producción y la minimización de costes. En la situación para la que se ha buscado una configuración de parámetros ficticia pero realista, de forma que el proyecto sea rentable, se comprueba que el método de amortización según números dígitos para coeficiente máximo de amortización maximiza la rentabilidad y que la mejor forma de venta de la electricidad producida es según la tarifa de mercado. Para esta situación los indicadores económicos son: VAN = 22446,75 IR = 1,5291 CUE = 0,3891 kwh = 108,08 GJ CP = 87674,49 CP l = 5612,22 TIR = 0,0864 PR = 15 años
Posteriormente se realiza un análisis de sensibilidad de los indicadores económicos frente a algunos de los parámetros, partiendo de la situación para la que el proyecto es viable económicamente. Esto se ha hecho para comprobar el rango de variación de algunos parámetros para el cual el proyecto sigue siendo rentable. El proyecto seguirá siendo rentable si, manteniendo el resto de parámetros constante, se mantiene la tasa de actualización nominal por debajo del 8,64%, la inversión total por debajo de 50000, la energía producida al año por encima de 11000 kwh (39,6 GJ) y el coste promedio anual de operación y mantenimiento por debajo de 3200. El análisis termoeconómico se ha realizado a partir de las consideraciones hechas en la situación para la que el proyecto es económicamente viable en el análisis económico. El análisis exergético da como resultado que el sistema EuroDish produce al día 72666,032 Wh (261,60 MJ). Produciendo una media de 7,4 horas diarias equivaldría a trabajar 192,7 días al año para poder generar 14000 kwh (50,4 GJ) al año. Del análisis termoeconómico se obtiene que el coste unitario exergético de la producción neta es igual a 0,3248 /kwh (90,22 /GJ) y que el coste temporal de la producción neta es igual a 23,60 /día. Los factores termoeconómicos del concentrador, receptor, motor, generador, servomotores y sistemas auxiliares del disco Stirling EuroDish resultan: Concentrador Receptor Motor Generador Servomotores Sist. Aux. CP ( /día) 9,89 12,28 22,67 24,01 4,24 1,75 f F 0,4288 0,841 0,561 0,9623 0,1544 0,1185 f Z 0,5712 0,159 0,439 0,0377 0,8456 0,8815 f D 0,07723 0,2058 0,0113 0,06731 0,01071 0,101 El elemento que hay que tener más en cuenta a la hora de mejorar el sistema es el motor. El receptor y el concentrador también son elementos relevantes. El generador tiene un buen funcionamiento y aporta pocos costes a la producción, por lo que es un elemento difícilmente mejorable. Los servomotores y los sistemas auxiliares, aunque sus factores termoeconómicos no sean buenos, no son elementos muy relevantes en el sistema. De entre los rendimientos del concentrador, receptor, motor y generador, el del motor es el rendimiento más influyente en el sistema, por lo que habrá que procurar que este rendimiento sea lo más alto posible para maximizar la producción de energía y minimizar los costes temporales de esta. Si aumenta el coste de inversión y operación y mantenimiento de algún elemento en 100 /año, el coste unitario exergético de la producción neta aumenta 0,72 c /kwh y el coste temporal aumenta 0,52 /día en la corriente de la producción neta.
Al disminuir la energía solar entrante diaria en 100 kwh/día el coste unitario exergético de la producción neta aumenta entre 10 y 15 c /kwh y la exergía neta producida disminuye unos 20 kwh/día. El coste temporal de la producción neta no varía con la energía solar entrante diaria. Por último, se exponen las conclusiones y recomendaciones generales, además de posibles mejoras a realizar del presente proyecto.
Tabla de contenidos Prólogo Capítulo 1. El Disco Stirling EuroDish de la Escuela Superior de Ingenieros de Sevilla Capítulo 2. El Análisis Económico Capítulo 3. El Análisis Termoeconómico Capítulo 4. Conclusiones, Recomendaciones y Mejoras Anexo A. Cálculo de costes del disco Stirling EuroDish de la Escuela Superior de Ingenieros de Sevilla Anexo B. Estimación de la temperatura característica del concentrador