Energía Solar: Sistemas Termosolares a Concentración para

Generación de Calor de Proceso

Carlos Ramos, Rafael Ramírez, José Beltrán

cramos@iie.org.mx

Gerencia de Energías No Convencionales

Instituto de Investigaciones Eléctricas, México

Tlaxcala, julio, 2010

Qué son las Tecnologías Termosolares a Concentración ?

Los sistemas de energía solar térmica a concentración

producen calor o electricidad mediante el uso de espejos

que concentran los rayos del sol a temperaturas que

oscilan entre los 400 y 1000 ºC

Las centrales solares pueden integrarse con

almacenamiento o en operación híbrida con otros

combustibles

En la actualidad estas centrales pueden tener potencias

desde 30 MW hasta por encima de los 100 MW

Porqué Utilizarlas?

La energía solar térmica a concentración es una forma

viable de generar electricidad y calor de proceso

Esta tecnología no contribuye al cambio climático y su

fuente es inagotable

Técnicamente madura para crecer en su aplicación en

forma exponencial (franja solar)

Sustitución y desplazamiento de combustibles fósiles

Otras aplicaciones importantes (desalación de agua,

producción de frío, química solar)

Sistemas Termosolares a Concentración

Receptor Central

500-1000 C

Canales Parabólicos

150-400 C

Platos Parabólicos

500-1500 C

Fuente: Solarpaces annual report

Tecnología de Receptor Central

• Colector

• Receptor

• Almacenamiento

• Unidad de Generación

Eléctrica

• Unidad de Control

Automático

Tecnología de Canal Parabólica

• Colector - Receptor

• Almacenamiento

• Unidad de Generación

Eléctrica

• Unidad de Control

Automático

Tecnología de Plato Parabólico

• Colector

(concentrador)

• Receptor

• Estructura y

mecanismos de

direccionamiento

• Unidad de Generación

Eléctrica

• Unidad de Control

Automático

Cuernavaca, Mor, IIE

Torreón, Coah.

Tecnología de Canal Parabólica IIE

Cuernavaca, Mor, NISSAN

Tecnología de Canal Parabólica IIE

Tecnología de Canal Parabólica para Generación de Calor

de Proceso

Caso de Estudio

(168 m2 – 6 módulos de 28 m2 c/u)

Agua Agua Aceite Vapor

Mes W/m2 Kj/h-m2 (8h) Qgen kJ/h Qgen kWt DT (2464 kg/h) kg/hr (DT=42 C) kg/hr (DT=42 C) kg/hr (VS 120C)

Ene 675 2430 121778 34 12 694 1259 50

Feb 787.5 2835 161126 45 16 918 1666 66

Mar 887.5 3195 227694 63 23 1297 2354 93

Abr 987.5 3555 295395 82 29 1683 3054 121

May 1050 3780 383183 106 38 2183 3962 157

Jun 1037.5 3735 392740 109 39 2237 4060 161

Jul 862.5 3105 321226 89 32 1830 3321 131

Ago 812.5 2925 285553 79 28 1627 2952 117

Sep 800 2880 238775 66 24 1360 2469 98

Oct 800 2880 190004 53 19 1082 1964 78

Nov 712.5 2565 136214 38 14 776 1408 56

Dic 650 2340 113612 32 11 647 1175 46

Caso de estudio

(504 m2 – 18 módulos de 28 m2 c/u)

Agua Agua Aceite Vapor

Mes W/m2 Kj/h-m2 (8h) Qgen kJ/h Qgen kWt DT (2464 kg/h) kg/hr (DT=42 C) kg/hr (DT=42 C) kg/hr (VS 120C)

Ene 675 2430 365334 101 36 2081 3777 150

Feb 787.5 2835 483377 134 48 2753 4997 198

Mar 887.5 3195 683081 190 68 3891 7062 280

Abr 987.5 3555 886185 246 88 5048 9162 363

May 1050 3780 1149549 319 115 6548 11885 470

Jun 1037.5 3735 1178219 327 117 6711 12181 482

Jul 862.5 3105 963678 268 96 5489 9963 394

Ago 812.5 2925 856658 238 85 4880 8857 351

Sep 800 2880 716325 199 71 4080 7406 293

Oct 800 2880 570012 158 57 3247 5893 233

Nov 712.5 2565 408641 114 41 2328 4225 167

Dic 650 2340 340835 95 34 1941 3524 139

Costo de producción de agua caliente similar al caso

de estudio

Generador de Agua Caliente Comercial

Diferencia de temperatura en el agua 45 C

Flujo 5600 lt/hora

Alimentación a gas 32.3 l/hora

Costo de gas 4.92 $/litro

Costo diario de gas $ 1,271.33 pesos

Costo anual de gas $ 464,034.72 pesos

Uso de bomba de 3/4 hp y ventilador $ - pesos

Costo total $ 464,034.72 pesos

Costo de producción de vapor similar al caso de estudio

Generador de vapor Comercial

Costo del gas LP 4.92 $/litro

Costo de MMBTU de Gas LP 221.72 $/MMBTU

Generacion de vapor 863.00 lb/hora

Consumo de gas 1.05 ft3/hora

Consumo de gas 29.62 lt/hora

Consumo de gas por dia 236.95 lt/dia

Costo de gas al dia 1,165.82 pesos

Consumo de gas al año $ 425,523.76 pesos

Salida de vapor 391.45 kg/hora

Total de vapor al dia (8 horas) 3,131.60 kg

Costos-Financiamientos

Evolución del Costo de Gas LP

0

5

10

15

2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010

Año

$/k

g

Alternativas:

• Eficiencia Energética

• Renovables (Solar)

(250 USD/m2)

+ ?

Apoyos:

• Fondo de Sustentabilidad Energética CONACYT-SENER

• Programas de Estímulos para la Innovación (INNOVAPYME,

PROINNOVA, INNOVATEC)

• Fondo de Innovación Tecnológica (CONACYT-SE)

Gracias......

Instituto de Investigaciones Eléctricas

Costos de la tecnología

Cantidad Materiales Mod 28 m2 Costo

1 Estructura y componentes $ 70,000.00

1 Sistema de monitoreo $ 85,000.00

1 Transporte de energía $ 93,000.00

1 Cimentación $ 7,500.00

1 Tanque de almacenamiento $ 20,000.00

1 Aceite térmico $

Total $ 276,000.00

Cantidad Materiales Mod 28 m2 Costo

1 Estructura y componentes $ 70,000.00

1 Sistema de monitoreo $ 85,000.00

1 Transporte de energía $ 15,500.00

1 Cimentación $ 7,500.00

1 Tanque de almacenamiento $ 20,000.00

Total $ 198,000.00

Elementos básicos del canal parabólico

Lista completa de elementos del canal parabólico