Ver 2ª PARTE
Valores de diseño simulados
En la figura anterior vemos cómo
varía la carga de diseño en función de varios niveles de temperatura y tipos de
colector.
Dimensionado del almacenamiento de calor
Para dimensionar el tamaño del
almacenamiento de calor debemos considerar tanto el perfil diario como semanal.
La capacidad disponible del almacenamiento depende de la temperatura de retorno
de proceso y la temperatura máxima en el almacén.
En la siguiente figura se muestran capacidades de almacenamiento específico (l/m2 de colector) para diferentes temperaturas de retorno. Se asume una temperatura máxima de almacenamiento de 110 ºC para procesos con temperatura del flujo entre 90 y 95 ºC.
Un volumen de almacenamiento
específico de 50 l/m2 de colectores es adecuado para proyectos
grandes.
Influencia del perfil de carga
La determinación de un perfil de
carga para una planta o proceso industrial es a menudo difícil de obtener y
necesita mucho esfuerzo. El perfil diario, semanal y los cambios anuales
llevarán a obtener el perfil de carga del proceso. Un sistema térmico solar que
trabaje solamente seis u ocho meses al año llevará a una considerable reducción
en el rendimiento.
Potencial del mercado
En un profundo estudio llevado a
cabo por ESTIF en 2006, se identificaron procesos a baja temperatura (<250
ºC) y a alta temperatura (>250 ºC) en la Europa EU-27. De acuerdo con este
estudio, el 34 % del consumo de energía final es calor a baja temperatura (<
250 ºC) y el 15 % es calor a alta temperatura. La baja temperatura representa
el 70 % del mercado en Europa, fuertemente impulsado por la demanda de calor
doméstica.
En EU, solamente alrededor de un
tercio de la demanda de energía en el sector industrial está relacionada con la
electricidad, el resto de la demanda es calor.
El hecho de que una parte
significativa del calor consumido en la industria esté en el rango de baja
(<100 ºC, 30 %) y media temperatura (entre 100 ºC y 400 ºC, 27 %), sugiere
que las aplicaciones térmicas solares son una tecnología prometedora para el
sector industrial. Entre otra podemos mencionar la industria química, papelera,
procesado de alimentos, sector textil, etc. Las posibles áreas de aplicación
incluyen diferentes procesos tales como secado, lavado, producción de vapor de
proceso, reacciones químicas, calderas, etc.
Un análisis llevado a cabo en
España dentro del proceso POSHIP confirmó los resultados anteriores, existe un
importante potencial de despliegue en industrias tales como la alimentaria,
textil y transporte, con más del 60 % de calor requerido por debajo de 160 ºC.
Entre otros procesos industriales
que requieren temperaturas medias, la desalinización y el tratamiento de agua
son particularmente prometedores para el uso de energía térmica solar, ya que
estas aplicaciones son a menudo necesarias con altas radiaciones solares.
Distribución de costes de un proyecto de térmica solar industrial
Independientemente de la
aplicación industrial, los procesos de calor solar industrial pueden requerir
inversiones considerables. Pero si se planifica convenientemente, la vida útil
de un sistema solar puede ser superior a 20 años por lo que con estos plazos es
en muchas ocasiones competitivo. Algunos estudios indican que los costes de
generación solar de procesos a baja temperatura pueden moverse en un rango que
va de 0,02 a 0,08 €/kWh.
Implantación de la tecnología
La implantación de esta
tecnología es reciente, pues los datos muestran que a finales de 2007 unas 90
plantas térmicas solares para aplicaciones industriales (capacidad de 25 MWth
y 34.000 m2) se habían construido en todo el mundo. La distribución
por sectores es la que mostramos en la siguiente figura:
Geográficamente hablando, la
mayoría de las plantas solares para calentamiento de procesos se instalaban en
EU y particularmente en Austria, que fue pionera en el uso de esta tecnología,
con muchas plantas de demostración a pequeña escala. Grecia y España comenzaron
también a ser muy activas en ese periodo, dado que las condiciones de ambos
países son muy buenas en términos de disponibilidad de recurso solar.
A partir de ese momento comienza
el despliegue de esta tecnología de forma más amplia, pues en 2010 ha había
aproximadamente 200 plantas funcionando.
Ejemplos de proyectos pioneros
Planta para limpieza de contenedores en Barcelona
En 2004 se construyó esta planta
para un proceso de lavado de contenedores, que necesitaba agua caliente a 70 –
89 ºC (aproximadamente un 46 % de los requerimientos térmicos totales) y vapor
(el 54 % restante). Se requerían entre 70 – 80 m3 de agua caliente
al día. Además del sistema solar, se utilizaba una caldera de gas para la
preparación del agua caliente.
El sistema térmico solar está
compuesto por dos campos solares con colectores planos de alrededor de 500 m2,
representando una capacidad instalada total de 357 kWth, y un
sistema de almacenamiento de 45 m3.
La producción de calor anual es
de alrededor de 429 MWh y esto supone cubrir alrededor del 22 % de la energía
usada en la compañía.
Plantea láctea en Trikala, Grecia
En 2001 se construyó un sistema solar con capacidad
para más de 706 kWth, lo cual representa más de 1.000 m2
de colectores planos. El objetivo fue la instalación de un campo solar
centralizado con la máxima eficiencia para alimentar la red de agua caliente
sanitaria. Una de las principales dificultades del diseño fue superar las
diferencias de temperatura muy altas que tienen lugar entre los periodos de
verano e invierno. Se instaló una caldera de apoyo y un depósito de
almacenamiento de agua caliente de 50 m3.
El sistema solar se ha diseñado
para cubrir el 80 % de la carga durante el periodo de verano en orden de
alcanzar el rendimiento financiero más alto posible.
La producción anual promedio es
alrededor de 700 MWh, lo cual proporciona alrededor del 7 % de todas las
necesidades de la planta.
Bibliografía
- Technical Study Report on Solar Heat for Industrial Processes (SHIP) State of the art in the Mediterranean region.
- Intelligent Energy for Europe (IEE) “Solar Process Heat” (SO-PRO) project.
- Solar Heat in Industrial Processes, it´s applicability in South Africa. Centre for Renewable and Sustainable Energy.
- Potential, system analysis and preliminary design of low-temperature solar process heat systems. Christoph Lauterbach. February 2014
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