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Energía solar concentrada para la generación de electricidad
Carlos Polo Bravo
ENERGÍA SOLAR CONCENTRADA
PARA LA GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD
Primera edición
Enero, 2012
Lima - Perú
© Carlos Polo Bravo
PROYECTO LIBRO DIGITAL
PLD 0523
Editor: Víctor López Guzmán
http://www.guzlop-editoras.com/[email protected] [email protected] facebook.com/guzlopstertwitter.com/guzlopster428 4071 - 999 921 348Lima - Perú
PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD)
El proyecto libro digital propone que los apuntes de clases, las tesis y los avances en investigación (papers) de las profesoras y profesores de las universidades peruanas sean convertidos en libro digital y difundidos por internet en forma gratuita a través de nuestra página web. Los recursos económicos disponibles para este proyecto provienen de las utilidades nuestras por los trabajos de edición y publicación a terceros, por lo tanto, son limitados.
Un libro digital, también conocido como e-book, eBook, ecolibro o libro electrónico, es una versión electrónica de la digitalización y diagramación de un libro que originariamente es editado para ser impreso en papel y que puede encontrarse en internet o en CD-ROM. Por, lo tanto, no reemplaza al libro impreso.
Entre las ventajas del libro digital se tienen:• su accesibilidad (se puede leer en cualquier parte que tenga electricidad),• su difusión globalizada (mediante internet nos da una gran independencia geográfica),• su incorporación a la carrera tecnológica y la posibilidad de disminuir la brecha digital (inseparable de la competición por la influencia cultural),• su aprovechamiento a los cambios de hábitos de los estudiantes asociados al internet y a las redes sociales (siendo la oportunidad de difundir, de una forma diferente, el conocimiento),• su realización permitirá disminuir o anular la percepción de nuestras élites políticas frente a la supuesta incompetencia de nuestras profesoras y profesores de producir libros, ponencias y trabajos de investiga-ción de alta calidad en los contenidos, y, que su existencia no está circunscrita solo a las letras.
Algunos objetivos que esperamos alcanzar:• Que el estudiante, como usuario final, tenga el curso que está llevando desarrollado como un libro (con todas las características de un libro impreso) en formato digital.• Que las profesoras y profesores actualicen la información dada a los estudiantes, mejorando sus contenidos, aplicaciones y ejemplos; pudiendo evaluar sus aportes y coherencia en los cursos que dicta.• Que las profesoras y profesores, y estudiantes logren una familiaridad con el uso de estas nuevas tecnologías.• El libro digital bien elaborado, permitirá dar un buen nivel de conocimientos a las alumnas y alumnos de las universidades nacionales y, especialmente, a los del interior del país donde la calidad de la educación actualmente es muy deficiente tanto por la infraestructura física como por el personal docente.• E l pe r sona l docente jugará un r o l de tu to r, f ac i l i t ador y conductor de p r oyec tos
de investigación de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electró-nicas recomendadas.• Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales y mejorar la sustentación de sus presupuestos anuales en el Congreso.
En el aspecto legal:• Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edición digital, sin perder su autoría, permitiendo que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita.• Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versión digital.
Lima - Perú, enero del 2011
“El conocimiento es útil solo si se difunde y aplica” Víctor López Guzmán Editor
X SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLARSEMINARIO INTERNACIONAL SOBRE TECNOLOGÍAS ECONÓMICAS PARA
LA DESCONTAMINACIÓN Y DESINFECCIÓN DEL AGUA
CURSO:
APLICACIONES SUSTENTABLES DE LA ENERGÍA SOLAR
ENERGÍA SOLAR CONCENTRADA PARA LA GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD
Lic. CARLOS POLO BRAVO
UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN
CENTRO DE ENERGÍAS RENOVABLES DE TACNA (CERT)
EL SOL……
FUENTE DE ENERGÍA
RENOVABLE…………..
LA RADIACIÓN SOLAR Y SU CONCENTRACIÓN
El Sol radia continuamente una potencia de 3,8 x 1023 kW
La Tierra intercepta 1,7 x 1014 kW
En un solo día supone una energía que es cuarenta veces superior al consumo energético mundial anual.
La energía solar que recibe la Tierra en 10 días igual a la capacidad de todas las reservas conocidas actualmente de combustibles fósiles (gas, carbón y petróleo).
Si se aprovechase la radiación solar que llega al 3% de la superficie desértica que actualmente existe en la Tierra, se podría abastecer toda la demanda energética mundial.
LA RADIACIÓN SOLAR DIRECTA
Es aquella fracción de la radiación solar que llega a la superficie terrestre con una trayectoria bien definida, que es la que une al Sol con ese punto de la superficie terrestre.
LA RADIACIÓN SOLAR DIFUSA
Es aquella fracción de la radiación solar que llega a la superficie terrestre sin una trayectoria definida, ya que surge como resultado del scattering o interacción de la radiación solar directa extraterrestre con las partículas y substancias que existen en la atmósfera.
LA RADIACIÓN SOLAR GLOBAL
Es la suma de la radiación solar directa y difusa.
CONVERSIÓN DE LA ENERGÍA SOLAR
ALMACENAMIENTO TÉRMICO
CONVERSIÓNTERMOELÉCTRICA
CON
VERS
IÓN
QU
ÍMIC
A
ELECTROLISIS
CONVERSIÓN
ELECTROQUÍMICA
REACTOR SOLAR
FOTOTÉRMICA FOTOQUÍMICA FOTOVOLTAICA
CELDA SOLARCOLECTOR SOLAR
CALOR
ENERGÍA QUIMICA
ELECTRICIDADMOTOR A CALOR
CONVERSIÓN TERMOIÓNICA
POTENCIAL DE LA ENERGÍA SOLAR CONCENTRADA
La producción de electricidad mediante sistemas solares termoeléctricos tiene un gran interés socioeconómico y ambiental.
En el área mediterránea han puesto de manifiesto que existe un potencial de 3.5 GW hasta el año 2005; 23.2 GW hasta el 2025, siendo el potencial existente de 60 GW si se considera la posibilidad de usar amplias redes eléctricas interconectadas en la zona mediterránea. Estos valores podrían incluso doblarse si la demanda energética crece por encima del nivel estimado actualmente.
POTENCIAL DE LA ENERGÍA SOLAR CONCENTRADA
La existencia de este gran potencial, junto con la circunstancia de que existe sobrada disponibilidad de sitios adecuados para la implementación de plantas solares termoeléctricas, ponen de manifiesto el gran interés que presentan este tipo de sistemas solares desde el punto de vista energético.
Una muestra de este interés, son los numerosos estudios de viabilidad que actualmente se están llevando a cabo en diversos países (España, Grecia, Túnez, Méjico, Nevada, Egipto, China e India) para la implementación de plantas solares termoeléctricas.
POTENCIAL DE LA ENERGÍA SOLAR CONCENTRADA
REGIONES EN EL MUNDO CON RECURSO SOLAR PARA APLICACIONES DE LA RADIACIÓN SOLAR CONCENTRADA
(cortesía de Pilkington Solar International)
TIPOS DE COLECTORES SOLARES
Atendiendo a la forma en que convierten a la radiación solar en energía térmica, los captadores solares térmicos disponibles actualmente en el mercado pueden dividirse en dos grandes grupos:
a) COLECTORES SOLARES SIN CONCENTRACIÓN: aquellos en los que la radiación solar es convertida en energía térmica sin sufrir previamente una concentración,
b) COLECTORES SOLARES CON CONCENTRACIÓN:aquellos en los que la radiación solar es concentrada antes de convertirla en energía térmica.
CONCENTRACIÓN DE LA RADIACIÓN SOLAR
La concentración de la radiación solar puede realizarse de diversas formas, siendo las más comunes las dos siguientes:
Utilizando una superficie reflectante (espejo) que concentra mediante reflexión la radiación solar directa sobre un receptor o absorbente que tiene una superficie menor que la superficie captadora reflectante.
Utilizando lentes Fresnel, que están compuestas por muchas superficies refractivas pequeñas.
Aunque este tipo de concentración refractiva puede hacerse también con lentes convexas, se utilizan las lentes Fresnelporque son más baratas, más ligeras y absorben menos energía.
SISTEMAS ACTUALES DE CONCENTRACIÓN DE LA RADIACIÓN
SOLAR
* COLECTOR SOLAR CILINDRO PARABÓLICO
* SISTEMA FRESNEL
* SISTEMA TORRE CENTRAL
* SISTEMA DISCO STIRLING
SISTEMAS SOLARES TERMOELECTRICOS
Los sistemas solares termoeléctricos son aquellos que transforman la radiación solar en energía térmica para después, con la energía térmica así producida, generar electricidad.
1. sistemas colectores cilindro parabólicos
SISTEMA COLECTOR SOLAR CILINDRO PARABÓLICO
2. sistemas de receptor central
SISTEMA TORRE CENTRAL
3. discos parabólicos
o Disco Stirling
SISTEMA DISCO STIRLING
RECEPTOR
LUZ SOLAR
4. Sistemas Fresnel de foco lineal
SISTEMA FRESNEL
PRINCIPIO DE LA ENERGÍA SOLAR CONCENTRADAEL CALOR DESDE LOS COLECTORES SOLARES TÉRMICOS DE CONCENTRACIÓN ACCIONAN LAS TURBINAS DE VAPOR, DE GAS, O EL PISTÓN DE UN MOTOR, PARA GENERAR ELECTRICIDAD O ENERGÍA Y CALOR COMBINADO.
COLECTOR SOLAR DE
CONCENTRACIÓN
RED ELÉCTRICA
DE UTILIDAD
TURBINA DE VAPOR Y
GENERADOR
PASO 1:
LA LUZ SOLAR ES CONCENTRADA POR ESPEJOS PARABÓLICOS QUE CONTINUAMENTE SIGUEN LA
POSICIÓN DEL SOL SOBRE EL CIELO
PASO 2:
EL CALOR SOLAR CONCENTRADO ES ABSORBIDO POR UN TUBO DE ACERO, Y TRANSPORTADO POR UN FLUIDO QUE
CIRCULA POR DENTRO DEL TUBO
PASO 3:
EL FLUIDO CALIENTE ES JUNTADO DE UN GRAN CAMPO DE COLECTORES DE CONCENTRACIÓN SOLAR Y
BOMBEADO A UNA CENTRAL DE INTERCAMBIO DE CALOR
PASO 4:
DENTRO DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR, EL FLUIDO CALIENTE GENERA VAPOR
SUPERCALENTADO CON PRESIONES POR ENCIMA DE 100 BAR
EL VAPOR SUPERCALENTADO ACTIVA LA TURBINA Y GENERA ELECTRICIDAD DE UNA PLANTA DE ENERGÍA DE CICLO DE VAPOR
X Simposio Peruano de Energía Solar Seminario Internacional sobre Tecnologías Económicas para
la Descontaminación y Desinfección de Agua Cusco, 17 al 22 de noviembre de 2003
Seminario Internacional Energía Solar, Medio Ambiente y Desarrollo
Cusco, 26 - 27 de abril de 2004
Ministerio de Industria y Turismo
Municipalidad Provincial del Cusco
Ministerio de Energía y Minas
Asociación Peruana de Energía Solar
(APES)
Universidad Nacional San Antonio Abad del
Cusco
Editado por: Manfred Horn
Juan Rodriguez
Patricia Vega
Auspician Salir
Universidad Nacional de Ingeniería