Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Dr. Pablo Castro Alonso [email protected]
Departamento de Ingeniería Eléctrica y EnergéticaUniversidad de Cantabria, España
GESTIÓN DE CENTRALES ELÉCTRICAS TERMOSOLARES CON ALMACENAMIENTO
TÉRMICO EN SALES
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
ÍNDICE:
• Introducción
• Principales tecnologías de centrales termosolares
• Tipos de sistemas de almacenamiento térmico
• Dimensionamiento y gestión de la producción
• Conclusiones
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Introducción
Motivación:• Necesidad de cambio de sistema energético• Escasez de recursos fósiles• Dependencia exterior• Calentamiento global
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Evolución del
consumo global de energía primaria
2003-2015
renovable
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Áreas de actuación:
Generación eléctrica
Generación térmica
Transporte
Sector industrial
Sector residencial
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Incorporación de energías renovables
Medidas de ahorro y eficiencia energética
Biocombustibles, vehículo eléctrico
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Áreas de actuación:
Generación eléctrica
Generación térmica
Transporte
Sector industrial
Sector residencial
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Incorporación de energías renovables
Medidas de ahorro y eficiencia energética
Biocombustibles, vehículo eléctrico
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Evolución de la generación
global de energía eléctrica
2003-2015
renovablecrisis
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Generación eléctrica renovable 24,5 % del total en 2016**Informe 2017 de REN21
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Potencia eléctrica renovable instalada *: 2,017 GW*Informe 2017 de REN21
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
¿es posible otro modelo de generación eléctrica?
Cambio de paradigma
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
International Renewable Energy Agency (IRENA)HOY
Cambio de paradigma
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Cambio de paradigma
100 %
renovableGeneración distribuida
Disminución de costes eólica y
fotovoltaica
Smart-grids y flexibilidad
Sistemas de acumulación:
térmico, bombeo, baterías…
Aumento de potencia
renovable instalada
Mejora en la eficiencia
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Cambio de paradigma
100 %
renovableGeneración distribuida
Disminución de costes eólica y
fotovoltaica
Smart-grids y flexibilidad
Sistemas de acumulación:
térmico, bombeo, baterías…
Aumento de potencia
renovable instalada
Mejora en la eficiencia
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Aumento de
generación renovable
2030
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Cambio de paradigma
100 %
renovableGeneración distribuida
Disminución de costes eólica y
fotovoltaica
Smart-grids y flexibilidad
Sistemas de acumulación:
térmico, bombeo, baterías…
Aumento de potencia
renovable instalada
Mejora en la eficiencia
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Capacidad de almacenamiento 2016
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Capacidad de almacenamiento 2016
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Retos de la generación eléctrica renovable:
Integración en la red eléctrica
Almacenamiento
Gestionabilidad (dispatchability)
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Sustitución centrales de base
Cambio de paradigma
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Retos de la generación eléctrica renovable:
Integración en la red eléctrica
Almacenamiento
Gestionabilidad (dispatchability)
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Centrales termosolares con almacenamiento térmico. Cumplen estos requisitos
Cambio de paradigma
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Cambio de paradigma
TRANSICIÓN International Renewable Energy Agency (IRENA)
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Cambio de paradigmaPARADIGMA 100% RENOVABLE International Renewable Energy Agency (IRENA)
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Cambio de paradigmaPARADIGMA 100% RENOVABLE International Renewable Energy Agency (IRENA)
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Principales tecnologías de centrales termosolares
Concentradores cilindro-parabólicos
Concentradores lineales Fresnel
Receptor central
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Concentradores cilindro-parabólicos
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Concentradores cilindro-parabólicos
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
• La tecnología más madura
• Contrastada desde el punto de vista operacional y comercial
• Filas y bucles de espejos parabólicos reflectores para recoger la
radiación directa
• Concentrada entre 70 y 100 veces hacia receptor en la línea focal
• Por el receptor fluido térmico (habitualmente aceite sintético) que
se calienta hasta los 400 ºC
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Concentradores cilindro-parabólicos
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
• El fluido térmico cede su calor al agua para producir vapor
• El vapor es llevado a una turbina para la producción eléctrica
• El calor del fluido térmico puede usarse para ser almacenado en
tanques de sales fundidas
• Otras opciones circular directamente el agua a evaporar o sales
fundidas para su almacenamiento térmico
• Actualmente esta tecnología es la más utilizada, sobre todo en
España y Estados unidos
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Concentradores cilindro-parabólicos
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Concentradores cilindro-parabólicos
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Lazo SCA1 lazo = 4 SCA = 4 x 12 SCE = 4 x 12 x 3 HCE (en serie)
156 lazos = 22464 tubos
SCA
SCE HCE
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Concentradores lineales Fresnel
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Concentradores lineales Fresnel
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
• Consisten en un campo de espejos primario, un tubo absorbedor y
un espejo secundario
• El campo primario compuesto por filas de espejos planos
• Los rayos reflejados en los espejos planos reflejan los rayos del sol
en un tubo absorbedor
• Por encima del tubo absorbedor hay un espejo secundario
cilíndrico que concentra la luz solar
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Concentradores lineales Fresnel
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
• La relación de concentración en estas centrales es de
aproximadamente 20:1
• Destacan por la sencillez de su construcción y por su bajo coste
• Los reflectores se construyen con espejos de vidrio planos y por lo
tanto su materia prima es muy barata
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Receptor central
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Receptor central
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
• El campo solar está compuesto por un conjunto de espejos que
siguen la posición del Sol en dos ejes, denominados helióstatos.
• La radiación colectada es dirigida a un receptor ubicado en lo alto
de una gran torre, donde se calienta el fluido absorbedor.
• Las torres centrales tienen una potencia típica en el rango entre 10
y 200 MW. El factor de concentración suele estar entre 600 y 1000,
permitiendo temperaturas de funcionamiento superiores a 550 ºC.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Receptor central
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
• El factor de capacidad anual de estas plantas puede alcanzar el 77
%, mediante el uso de sistemas de almacenamiento térmico.
• Es posible superar las 4.500 horas equivalentes de funcionamiento
al año.
• Se espera que las plantas de torre central tengan un gran
desarrollo en los próximos años.
• La capacidad de almacenamiento e hibridación de estas
instalaciones son características muy valiosas.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Tipos de sistemas de almacenamiento térmico
Almacenamiento de calor latente
Almacenamiento termo-químico
Almacenamiento de calor sensible
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Almacenamiento de calor latente
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
• El calor necesario para provocar el cambio de fase de un material
se llama calor latente.
• Durante el proceso entero de cambio de fase la temperatura se
mantiene constante.
• Si se invierte el proceso, el calor latente se libera de nuevo.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Almacenamiento de calor latente
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
• para la construcción de un sistema de almacenamiento térmico
hay que tener en cuenta que:
• El cambio de fase tiene lugar en una temperaturadeterminada.• El 70 y 100 cambio líquido/gaseoso está asociado con unaexpansión enorme del volumen.• Con el cambio líquido/sólido también cambia el mecanismo detransporte de calor de convección a conducción.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Almacenamiento de calor latente
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
• Para elegir el medio adecuado para el almacenamiento de calor
latente hay que tener en cuenta:
• la temperatura de fusión del respectivo material y suadecuación con la temperatura del proceso.
• su calor de fusión que determina la capacidad dealmacenamiento.
• Hay otros aspectos que pueden tener importancia para la
selección del material adecuado como por ejemplo la toxicidad, la
inflamabilidad, el precio, la corrosividad, etc.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Almacenamiento termo-químico
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
• El efecto calorífico de reacciones físico-químicas
(descomposición, oxidación-reducción) reversibles las hace
interesantes para el almacenamiento térmico.
• Basado en la separación de enlaces con absorción de energía
(carga del sistema), y la recuperación de esta energía mediante
la puesta en contacto y la reacción de los reactantes
anteriormente separados (descarga del sistema).
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Almacenamiento termo-químico
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
• Los retos más grandes son la estabilidad cíclica y la baja
conductividad térmica de la mayoría de los posibles medios de
almacenamiento.
• Las ventajas principales son la ausencia de pérdidas térmicas en
el estado de acumulación por separación espacial de los
reactantes y la gran densidad de energía almacenada.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Almacenamiento de calor sensible
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
• El calor sensible cambia la temperatura de un medio. Subir la
temperatura de un medio de almacenamiento equivale a
deponer calor sensible en él. En el proceso inverso se recupera el
calor almacenado bajando la temperatura del almacén.
• La relación entre el cambio de la energía térmica de un medio y
su temperatura es la denominada capacidad térmica que es
propia del medio de almacenamiento.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Almacenamiento de calor sensible
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
• Para centrales termosolares, hay que recurrir a líquidos con
puntos de ebullición muy altos como aceite térmico, fusiones de
sales o bien sólidos como hormigón o ladrillos refractarios.
• En el caso de las sales fundidas, hay que evitar la solidificación de
la fusión.
• El desarrollo actual se enfoca en bajar el punto de cristalización de
las sales y en la sustitución de sal por materiales sólidos como el
hormigón.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Dimensionamiento y gestión de la producción
Dimensionamiento de la planta
Gestión de la producción
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Dimensionamiento de la planta
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
• La posibilidad de almacenamiento térmico permite una mayor
versatilidad de las instalaciones, aumentando su eficiencia,
ampliando sus opciones de operación y permitiendo una mejor
gestión ante contingencias.
• La totalidad de las plantas termosolares que entrarán en
operación en 2017 incorporan almacenamiento térmico.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Dimensionamiento de la planta
0
2
4
6
8
10
12
2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
Acu
mula
ció
n t
érm
cia
(GW
h)
año
Evolución mundial de la acumulación térmica en sales fundidas
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Dimensionamiento de la planta
• El sistema de almacenamiento térmico empleado en las centrales
termosolares actuales es mediante tanques de sales fundidas.
• Consiste en dos tanques de grandes dimensiones aislados
térmicamente del exterior y comunicados entre ellos por tuberías
e intercambiadores de calor que trasladan las sales de un tanque
a otro y ceden el calor a otro fluido caloportador, agua para la
generación de vapor en la mayoría de los casos.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Dimensionamiento de la planta
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Dimensionamiento de la planta
• Las sales empleadas suelen ser una combinación de NaNO3 y
KNO3 con una temperatura de fusión alrededor de los 220 ºC.
Fluido Mezcla de sales 60% NaNO3 y 40% KNO3
Temperatura de fusión 221 ºCTemperatura tanque sales frías 290 ºC
Temperatura tanque sales calientes 565 ºCTamaño de los tanques 14 m de alto, 36 m de diámetro
Capacidad de almacenamiento térmico 1010 MWh
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Dimensionamiento de la planta
• Para el dimensionamiento de una planta termosolar lo primero
será fijar la potencia eléctrica nominal de salida deseada.
• Partiendo de este dato se podrá ir marcha atrás para ir haciendo
los diversos cálculos hasta llegar a la potencia térmica que es
necesario obtener para generarla.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Dimensionamiento de la planta
• Una vez conocida la potencia se podría dimensionar el campo
colector solar para para alimentar a la potencia nominal de la
turbina de vapor cuando el campo solar estuviese al 100 % de su
capacidad.
• En esta situación se dice que la planta está diseñada para un
múltiplo solar igual a uno, por lo que no es capaz de aportar
energía térmica a mayores para ser almacenada.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Dimensionamiento de la planta• Si se pretende diseñar un sistema de almacenamiento térmico es
necesario que el campo colector esté sobredimensionado con
respecto al grupo generador eléctrico.
• De forma que en los momentos centrales del día la planta puede
estar sacando la potencia eléctrica nominal y además almacenar
el calor excedente en los tanques de sales fundidas.
• En esta situación la planta estará diseñada para un múltiplo solar
mayor que uno.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APESIntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Dimensionamiento de la planta• El tamaño previsto de sobredimensionamiento está directamente
ligado al tamaño de los depósitos de acumulación y al número de
horas de autonomía de producción en ausencia de radiación solar.
• Los criterios de decisión del valor del múltiplo solar son variados y
a veces contrapuestos.
• cuanto mayor sea el múltiplo solar, mayor autonomía se tendrá
pero en función de la variabilidad anual de la irradiación solar
puede convertir a las centrales en menos eficientes.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Gestión de la producción
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
• La gestionabilidad de la producción que permite la
acumulación hace que se puedan presentar distintos
escenarios de operación en función de los intereses de la
empresa y del sistema eléctrico.
• Así, puede hablarse de producción desplazada, aumentada y
extendida, si bien cada planta estará diseñada y dimensionada
para un único modo de funcionamiento.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Gestión de la producción
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Producción desplazada:
• Interés por generar electricidad a últimas horas de la tarde.
• El almacenamiento térmico permite desplazar la producción
hacia esas horas utilizando las primeras horas del día para llenar
el tanque de sales calientes.
• Este caso implica un múltiplo solar igual a uno, es decir, que la
capacidad de la central permite desplazar la producción, pero no
extenderla.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Gestión de la producción
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Producción desplazada:
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Gestión de la producción
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Producción aumentada:
• En el caso de que la demanda exija un pico de producción al que
no se llega con la radiación solar incidente en ese momento, el
almacenamiento térmico permite sumar la potencia generada
por el tanque de sales a la obtenida desde el campo solar.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Gestión de la producción
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Producción aumentada:
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Gestión de la producción
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Producción extendida:
• Esta es la opción de producción más versátil ya que implica un
dimensionamiento de la planta para un múltiplo solar mayor
que uno.
• Gracias al almacenamiento térmico, la central puede extender
su producción manteniendo la generación después de la puesta
de sol, y en caso de los meses de verano, incluso llegar a la
producción continuada las 24 horas del día.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Gestión de la producción
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Producción extendida:
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Gestión de la producción
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
• Gran utilidad también en la amortiguación de fenómenos
atmosféricos transitorios, como nublados o tormentas, que
harían a este tipo de centrales especialmente vulnerables en
caso de no tener un sistema térmico de acumulación.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Gestión de la producción
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
Amortiguación transitorios:
Tiempo
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Gestión de la producción
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
• Estas diversas opciones de operación de la producción generan
un gran valor añadido a la planta termosolar, ampliando sus
posibilidades de negocio y de rentabilidad económica.
• Esto ha hecho que generación eléctrica termosolar y
almacenamiento térmico se hayan convertido en un tándem
inseparable a día de hoy.
• La hibridación con turbinas de gas o calderas de biomasa
aumenta aún más la versatilidad.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Conclusiones
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
• La gestionabilidad de la producción eléctrica renovable es una
de las piezas clave para que este tipo de fuentes de energía siga
ampliando su presencia en el mix energético.
• La única manera de ir sustituyendo las centrales de base de
combustibles fósiles es dotar a la generación renovable de un
sistema de almacenamiento que permita desacoplar generación
y demanda de cara a adaptarse a la curva de consumo eléctrico.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Conclusiones
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
• Las centrales eléctricas termosolares suponen una gran
oportunidad debido a la capacidad de almacenamiento térmico
en sales fundidas.
• Cada vez son más los ejemplos de producción eléctrica mediante
este tipo de centrales, demostrando su viabilidad técnica y su
rendimiento a largo plazo. El 100% de las nuevas plantas
termosolares que entran en operación en 2017 incorporan este
almacenamiento.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Conclusiones
IntroducciónPrincipales tecnologías de centrales termosolaresTipos de sistemas de almacenamiento térmicoDimensionamiento y gestión de la producciónConclusiones
• La entrada de nuevos países en este tipo de centrales, como
Marruecos, Arabia Saudí, Emiratos Árabes Unidos, Sudáfrica o
China están ocasionando una bajada en los costes de
construcción lo que hace esta opción cada día más competitiva.
• Se está haciendo un gran esfuerzo en investigación y desarrollo
de nuevos componentes para las centrales termosolares, sobre
todo en la parte correspondiente a los sistemas de acumulación
térmica.
Huaraz 2017Asociación Peruana de Energía Solar y del Ambiente Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional Santiago Antunez de Mayolo
APES
Dr. Pablo Castro Alonso [email protected]
Departamento de Ingeniería Eléctrica y EnergéticaUniversidad de Cantabria, España
GESTIÓN DE CENTRALES ELÉCTRICAS TERMOSOLARES CON ALMACENAMIENTO
TÉRMICO EN SALES
MUCHAS GRACIAS
Top Related