vii jornadas de ingeniería eléctrica de la uft “elektra 2014” sistemas de energía solar...
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VII Jornadas de Ingeniería Eléctrica de la UFT“ELEKTRA 2014”
Sistemas de Energía Solar Térmica de Concentración y
energía eléctrica transportada por líneas en
Alta Tensión y Corriente Directa
(SESTC-ATDC)
MSc. Ing. Pierercole Zecchetti Birzi (UFT)
¡En menos de seis horas los desiertos reciben más energía del sol de la que consume la humanidad
en un año!
Dr. Gerhard KniesFundación DESERTEC
SESTC−ATDC
Nuestro Sol ofrece un punto de partida… … en seis horas los desiertos del mundo reciben más energía de la que todas las personas que habitan el planeta consumen en un año. ¿Cómo puede de manera económica transformarse esta energía enenergía utilizable y transportarse hasta los consumidores?
SESTC−ATDC
Los sistemas de energía solar térmica de concentración(SESTC) producen calor o electricidad mediante el uso decientos de espejos que concentran los rayos del sol a unastemperaturas que oscilan entre 400 y 1.000º C.
SESTC−ATDC
Existe una gran variedad de formas de espejos, métodos de seguimiento solar y de generar energía útil, pero todos ellos funcionan bajo el mismo principio… … ¡producir vapor para accionar una turbina que, a su vez, acciona un generador de electricidad, como en las centrales termoeléctricas convencionales!
SESTC−ATDC
La diferencia entre estas centrales termoeléctrica estriba en el origen de la energía:
… ¡En lugar de combustibles fósiles, utilizan directamente la radiación solar para convertirla en vapor o gas a alta temperatura!
SESTC−ATDC
Se requieren cuatro elementos básicos principales: un concentrador, un receptor, alguna formade medio de transporte y/o almacenamiento de calor, y conversióneléctrica.
SESTC−atdc
Tipos de receptores-concentradores
De concentración lineal Cilindros o canales parabólicos Reflectores Fresnel
De concentración puntual Helióstatos con torre central Discos parabólicos
SESTC−ATDC
SESTC−ATDC
SSTC−ATDC
Sistemas con Cilindros o Canales Parabólicos
Se utilizan reflectores de espejo en forma de cilindros parabólicos para concentrar la luz solar en tubos receptores térmicamente eficientes ubicados en la línea focal de la parábola.
Normalmente los canales están diseñados para seguir el sol en un eje, generalmente norte-sur. Se hace circular por esos tubos un fluido de transferencia térmica (denominado “calor-portante”) como aceite térmico sintético.
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Canales Parabólicos
SESTC−ATDC
NEVADA SOLAR ONE
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Nevada Solar One (EE.UU., desde 2007)
Consta de 760 canales parabólicos.Potencia: 64 MW.Producción anual aproximada: 136 GWh.Consumo equivalente en hogares: 15000.Emisiones de CO2 evitadas: 129000 toneladas/año (en centrales de carbón).Superficie: 130 hectáreas.Longitud lineal de espejos: 76 kilómetros.Inversión: 250 millones de dólares.
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Sistemas de Concentradores Lineales Fresnel
Contempla un conjunto de reflectores casi planos que concentran la radiación solar en receptores lineales invertidos elevados.
Este sistema es de concentración lineal, similar a un canal parabólico, con la ventaja de su bajo coste en soporte estructural y reflectores, juntas fijas del fluido, un receptor separado del sistema de reflectores, y grandes longitudes focales que permiten utilizar espejos planos.
SESTC−ATDC
Sistema de lentes de Fresnel
SESTC−ATDC
Línea de lentes lineales Fresnel - Murcia
SESTC−ATDC
Planta Solar Murcia (España)
La primera central de energía solar termoeléctrica a gran escala del mundo
con tecnología de lentes Fresnel será capaz de producir electricidad para
15000 hogares murcianos, energía cuyo coste de producción es menor que el del
petróleo.
Esta central, a punto de entrar en funcionamiento, producirá 30 MW de
potencia.
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Sistemas de Receptor Central o Torre Central
Un conjunto circular de heliostatos (grandes espejos con sistemas de seguimiento solar) concentra la luz solar en un receptor central montado sobre una torre. Un medio de transferencia térmica en este receptor central absorbe la radiación altamente concentrada reflejada por los heliostatos y la convierte en energía térmica que se utiliza para generar el vapor supe calentado para la turbina.
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Torre Solar
SESTC−ATDC
GEMASOLAR - España
SESTC−ATDC
GEMASOLAR
SESTC−ATDC
SESTC−ATDC
Gemasolar (España, desde 2011)Gemasolar es la primera planta comercial de energía solar térmica con tecnología de receptor central de torre y sistema de almacenamiento en sales fundidas.
Se trata de un campo solar de 185 Ha que alberga el receptor en una torre de 140 m. de altura, la isla de potencia y 2650 heliostatos, cada uno de ellos de 120 m2, distribuidos en anillos concéntricos alrededor de la torre.
Los aspectos más innovadores de esta planta, propiedad de la empresa Torresol Energy, son el receptor de sales fundidas, el mecanismo de apunte de heliostatos y el sistema de control; además, el sistema de almacenamiento permite producir electricidad durante 15 horas sin sol (por la noche o en días nublados).
Gracias a esta capacidad de almacenamiento, la energía solar pasa a ser gestionable y puede ser suministrada en función de la demanda.
La planta ya ha alcanzado un día completo de suministro ininterrumpido a la red mediante la tecnología de transferencia térmica desarrollada por SENER.
Gemasolar, de 19.9 MW de potencia, es capaz de suministrar 110 GWh al año, con lo que se puede abastecer de energía a 27500 hogares.
SESTC−ATDC
Sistemas de Discos Parabólicos
Un reflector parabólico en forma de disco concentra los rayos solares en un
receptor situado en el punto focal del disco. La radiación de los rayos
concentrados se absorbe en el receptor para calentar un fluido o gas (aire) a unos
750°C. Este fluido o gas se utiliza para generar
electricidad en un pequeño pistón o motor Stirling o una micro turbina,
conectada al receptor.
SESTC−ATDC
Disco Solar
SESTC−ATDC
Discos parabólicos
SESTC−ATDC
PLANTA SOLAR MOJAVE – EE.UU.
SESTC−ATDC
Planta Solar de Mojave (EE.UU., desde 2010)
La mayor planta solar del mundo de tecnología de discos parabólicos, se encuentra en el desierto de Mojave, ocupando 1821 hectáreas, con 20000 discos parabólicos de 11 m de diámetro, que usan el motor Stirling, con producción de 500 MW (25 kW por cada disco)
El rendimiento es del 29%, superior al de las plantas fotovoltaicas.
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Almacenamiento de energía térmica
Cuando se contempla esta opción, se debe ampliar el campo solar para así captar la energía extra que debe ser almacenada para ser transformada posteriormente en energía eléctrica durante el tiempo de oscuridad o de gran nubosidad.
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En la actualidad, existen centrales de energía solar térmica de concentración con potencias entre 30 y 500 MW; capacidad que podría ser mayor en los próximos años. Estas centrales solares pueden integrarse con almacenamiento o en una operación híbrida con otros combustibles, y ofrecen una potencia firme y energía despachable a demanda. Son aptas para cargas punta y cargas base, y la electricidad generada se inyecta generalmente a la red eléctrica.
SESTC−ATDC
Estado actual de las tecnologías SESTC
*Incremento de superficie si se añade sistema de almacenamiento
SESTC−ATDC
Parámetro
Canales parabólic
os
Espejos
Fresnel
Torre
Solar
Discos parabólic
osAlmacenami
ento
Eficiencia pico
(%)21 14 20 29 98
Área/kW (m2)
23 15 48 4 18* (7-8 horas)
Capacidad concentración (soles)
50-200 30-100 10003000-10000 No aplica
Potencia típica
50 MW ---20- 30
MWDecenas de KW
No aplica
Etapas de desarrollo de las tecnologías SESCT
SESTC−ATDC
Pionero Introducción
Mercado Competición
Canales parabólic
os
Lentes Fresnel
Torre Solar
Discos parabólic
os
Proyección de capacidad instalada mundial (MW)
En 2013, la capacidad instalada de ESTC estimada 3000 MW
SESTC−ATDC
2013 2014 2020 20260
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
ReferenciaModeradoAvanzado
Proyección del ahorro acumulado de CO2 (millones de toneladas)
En 2013 el ahorro mundial de CO2 25 millones toneladas
SESTC−ATDC
2013 2016 2020 20260
500
1000
1500
2000
2500
3000
ReferenciaModeradoAvanzado
Proyección del costo de instalación de centrales (US$/kW)
En 2013 el costo de instalación 4800 (US$/kW)
SESTC−ATDC
2013 2014 2020 20260
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
5000
ReferenciaModeradoAvanzado
Proyección del costo de generación (US$/kWH)
SESTC−ATDC
2013 2014 2020 20260
0.05
0.1
0.15
0.2
0.25
0.3
Rad sol altaRad sol baja
Más del 90% de la población mundial vive en un radio de 3000 kilómetros alrededor de algún desierto, del cual se puede obtener energía limpia.
SESTC−ATDC
SSTC−ATDC
Con la utilización de líneas modernas de alta tensión en corriente directa (ATDC), es posible transportar energía con pérdidas inferiores al 3 por ciento por cada 1000 km.
Dado que la radiación solar en las regiones desérticas es dos a tres veces más alta y las variaciones son más pequeñas entre verano e invierno, la transmisión de electricidad proveniente del desierto en corriente continua a una distancia de varios miles de kilómetros puede ser económicamente viable.
Más del 90% de la población mundial vive en un radio de 3.000 km de algún desierto y podrían abastecerse de energía solar desde zonas cercanas.
Transporte de grandes bloques de energía a muy largas distancias
SSTC−ATDC
Potencia en función de la distancia
800 kmATACATDC
P
d
LAS LÍNEAS DE TRANSMISIÓN ATDC YA LLEVAN VARIAS DÉCADAS EN USO COMERCIAL, Y SE PUEDEN CONSTRUIR A LA ESCALA NECESARIA.
AL CONTRARIO DE LAS LÍNEAS DE TRANSMISIÓN CONVENCIONALES DE CORRIENTE ALTERNA, LAS LÍNEAS DE TRANSMISIÓN A TRAVÉS DE ATDC SE PUEDEN IMPLEMENTAR CON CABLES SUBTERRÁNEOS INCLUSO EN LARGAS DISTANCIAS.
SSTC−ATDC
FACTIBILIDAD DE USO DE LINEAS ATDC
SSTC−ATDC
El costo de la electricidad generada través de energía solar térmica de concentración, incluido el transporte mediante líneas de transmisión ATDC, oscila entre 10 y 20 céntimos de euro por kilovatio hora según la ubicación, la tecnología y la forma de explotación. Sin embargo, los costos se reducirán de forma considerable una vez se ponga en marcha la producción de componentes a gran escala.
Costo de la energía de los SESTC-ATDC
SSTC−ATDC
¡No se generan costes adicionales directosni indirectos por daños ambientales o por eliminación deresiduos como en centrales de combustibles fósiles y nucleares!
Utilizar la energía solar térmica de concentración, eólica e hidráulica que se produce en los desiertos de África, para suministrar energía eléctrica a Europa, Medio Oriente y Norte de África (EUMENA), a través de 20 líneas ATDC de 5 GW, a un costo total de 45000 millones de euros.
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PROYECTO DESERTEC
Mapa solar-eólico de Venezuela
SESTC−ATDC
Potencial energético de Venezuela
Venezuela está en el llamado cinturón de sol, es decir, que forma parte de la región del planeta con mayor potencial para el aprovechamiento de la energía solar.
Su radiación solar directa o difusa, oscila entre los 4.4 y 6.7 kWH/m2, estando la más alta en los estados Falcón, Nueva Esparta, Lara, Yaracuy y toda la costa norte.
SESTC−ATDC
ConclusionesSESTC−ATDC
1. La energía primaria de los SESTC es inagotable y gratuita.
2. Casi toda la población mundial puede abastecerse de energía limpia, utilizando como primaria la energía solar.
3. Los SESTC pueden producir cantidades importantes de energía eléctrica, a costos cada vez más reducidos, sin causar mayores daños al medio ambiente.
4. Venezuela tiene un potencial de aprovechamiento de energía solar de alto nivel.
5. El estado Lara es una de las zonas con mayor nivel de radiación directa en Venezuela.
ConclusionesSESTC−ATDC
6.Proyecciones arrojan una alta tasa de crecimiento en la capacidad instalada de SETSC a escala mundial, en el período 2013 -2026.
7. En nuestro país, se deben tomar en cuenta los SESTC–ATDC como alternativas viables de solución.
8. En los programas instruccionales y líneas de investigación de las universidades venezolanas, y por supuesto, en los de la UFT, se hace impostergable la inclusión de la temática relativa a los SESTC.
9. El país requiere de una legislación que promueva la investigación, desarrollo y puesta en marcha de ambiciosos proyectos SESTC-ATDC.
… A manera de reflexión
¿Será que podemos darnos el lujo de desperdiciar un “combustible”
siempre disponible, inagotable, gratuito, razonablemente eficiente y no
contaminante, como lo es la energía solar, para salvar al Planeta, y no
ganarnos merecidamente el reproche de las futuras generaciones?
SSTC−ATDC
¡Muchas gracias por su atención!
SSTC−ATDC