SOLAR ENERGY FOR
INDUSTRIAL HEATING AND COOLING
José Miguel Cardemil
Fraunhofer Chile Research – Center for Solar Energy Technology FCR-CSET
Contenido
Organización de FCR – CSET
Potencial solar térmico para la industria
Recurso solar en Chile
Calor solar
Caso de Faenas Mineras
Refrigeración solar
Caso Viña Miguel Torres
Fraunhofer Chile CSET
3 Líneas de Investigación
Solar Power Generation Solar Water Treatment Solar Process Heat Resource assessment Concentrator technologiesOn-grid and off-grid systems
Process heat for mining and food industries
Solar cooling for food industries Solar Polygeneration Water detoxification Water sanitization Solar Desalination Industrial water treatment
Potencial del Mercado
Source: EREC 2006
La mitad del consumo energético de Europa es para uso térmico o de refrigeración
6
Distribución del calor por tipo en Europa
Demanda energética para sectores industriales
Contexto energético Chileno
Los combustibles fósiles constituyen el 74% del consumo de
energía primaria y el 64% de la matriz eléctrica.
Chile no produce ninguno de estos recursos, el país es un
importador energético.
Esta dependencia genera una debilidad del país
Volatilidad de precios Riesgos en el suministro 34,1% 19,0% 20,5% 6,2% 20,0% 0,1% OIL NATURAL GAS COAL HYDRO BIOMASS Primary Energy Consumption
Demanda de calor industrial
Demanda de calor industrial
Fuente: AppSol, Energía Solar térmica para la industria. Aiguasol (2015)
Recurso solar en Chile
Annual DNI kWh/m2 day Annual GHI kWh/m2 day El recurso solar es apto para cualquier aplicación solar: PV Agua caliente sanitaria CSP Entre otras tecnologíasSource: Escobar et al. “Solar Energy Resource Assessment In Chile: Satellite Estimation And Ground Station Measurements”
Recurso solar en Chile
kWh/m2
Promedio anual para el total diario de irradiación sobre un plano inclinado en un ángulo igual a la latitud local. metros sobre el nivel del mar
Altitud
Aplicaciones Solares Térmicas
Aproximadamente 6400m2 de colectores solares instalados en Chile
Sistema:
Vivienda unifamiliar (4 personas)
Demanda igual a 300 l. de agua
Capacidad de almacenamiento igual a la demanda diaria
Temperatura de consumo igual a 40°C
Dos Tecnologías
Colectores Planos
Tubos evacuados
Evaluación del rendimiento en
términos de la fracción solar:
𝐹 = 𝑖=1 12 𝑓𝑖𝐿𝑖 𝐿𝑖 H.P. → High Performance L.P. → Low Performance Fuente: catálogo SPF2011
Flat Plate Evacuated
Tube
Parameters H. P. L.P H.P. L.P.
FR() 0.789 0.734 0.79 0.68
FRUL 4.360 5.250 1.58 2.94
Aplicaciones Solares Térmicas
Flat Plate Collector Solar High Performance Low Performance Fraction
Evacuated Tube Collector Solar High Performance Low Performance Fraction
Calor Solar
Componentes ara conversión de radiación solar
Torre Solar: capacidad de planta ~ 10 MWel, temperatura de operación 600-1200 °C
Disco Stirling: capacidad por unidad ~ 10-25 kWe temperatura de operación 600-1200 °C
Colectores Cilindro Parabólicos, Reflectores lineares Fresnel: capacidad de planta ~ 30-80 MWel,
temperatura de operación < 550°C
Colector de tubo evacuado, Colectores compuestos:
capacidad por unidad ~ 1 kWth, temperatura de operación < 150°C
Colector plano: capacidad por unidad ~ 1 kWth, temperatura de operación < 100°C
T
emper
atur
a
de oper
ac
ión
[°
C]
1000 100Tamaño de Planta [MW
th]
100 10 1 0,1 0,01SHC
CSP
Process
Heat
Faenas Mineras
Ubicación de faenas mineras en Chile
(www.consejominero.cl, 2007)
Promedio anual, total diario DNI
kWh/m2
Requerimientos de calor en procesos mineros: SX-EW
1. Extracción del mineral 2. Chancado 4. Obtención por solvente 3. Lixiviación por pilas 5. Electro-obtención Adición de calorÓxidos de cobre → Hidrometalurgia / SX-EW
Planta solar en Minera Centinela (ex - El Tesoro)
Potencia: 12 MWth
DNI anual en la zona: ~3600 kWh/ m2
Fluido de trabajo: Agua presurizada a 13 bar
Área de apertura de campos de colectores: 16896 m2
Módulos de colectores: Abengoa PT-1 (13,2 m2, 1280 unidades)
Almacenamiento: 3 tanques con agua de 100 m3cada uno
(53 MWh)
Temperatura a la salida de la planta: 85°C
Desplazamiento diesel: 3313 m3 /año (original: 6781 m3 /año)
Inicio de operación: noviembre de 2012
Colectores
Planta solar en Minera Centinela (ex - El Tesoro)
Esquema Planta Termosolar de El Tesoro
Radiación Solar Incidente DNI 60930 MWh-t Ángulo de incidenci a 12,9% Disponibil idad del campo solar 1% Eficiencia óptica del campo solar 41,8% Pérdidas térmicas del receptor 7,3% Pérdidas térmicas en tuberías 9,5% Rechazo de exceso de calor (desenfoque) 1,3% Energía térmica entregada por la Planta Solar 24845 MWh-t Pérdidas térmicas en estanques 1,7%
Planta solar en Minera Centinela (ex - El Tesoro)
Refrigeración Solar
Oct ub re/2 01 4 Jorn ad a de Estud io -J.M. Ca rde mil 25Fuente: Solar Cooling in Brazil, Fraunhofer ISE
Fuente: Review on solar-driven ejector refrigeration technologies, Abdulateef, et al
• Peak de demanda caracterizado en ciertas áreas por la demanda de refrigeración
y aire acondicionado
• Alta correlación con disponibilidad de radiación solar
• Refrigerantes estables, que no contribuyen al cambio climático • Uso eficiente de colectores solares permite la configuración de
Poligeneración Solar en la Industria del Vino
Diseñar y caracterizar un sistema de poligeneración solar* escalable
que permita a las empresas vitivinícolas aumentar su independencia
energética y disminuir la huella de carbono asociada a sus procesos
de producción de vino.
*: Calor de procesos+ refrigeración.
O ctub re/ 2014 Jo rn a d a d e Estud io -J.M. 26
Características Técnicas
Chiller de Absorción
Campo Solar Área: 80m2 Fabricante: Bosch Modelo:FCC-1S Chilled water Potencia [kW] 17. 6 Temperatura entrada [°C] 12. 5 Temperatura salida [°C] 7 Flujo [l/s] 0.7 7 Cooling water Potencia [kW] 42. 7 Temperatura entrada [°C] 31 Temperatura salida [°C] 35 Flujo [l/s] 2.5 5 Heat medium Potencia [kW] 25. 1 Temperatura entrada [°C] 88 Temperatura salida [°C] 83 Flujo [l/s] 1.2 Pump Potencia [W] 48
Resultados preliminares
Fracción Solar
Verano: 48%
Invierno: 35%
Aporte energético
sistema
Verano: 48%
Invierno: 57%
Ajustes para escalar los
resultados:
Determinación ajustada de la
demanda
Sistemas de control
Efectos meteorológicos
Monitoreo : 1 Año
30
Conclusiones
Fraunhofer Chile CSET esta operativo y ofrece apoyo con el diseño, ingeniería, monitoreo, control de calidad, ...
para Sistemas de Energía Solar (térmica y eléctrica)
Tecnologías solares están disponibles y madura: para la generación de electricidad y generación de calor (o ambas co-generación)
Aplicaciones de calor de procesos y refrigeración solar son de gran interés para varias industrias en Chile.
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INDUSTRIAL HEATING AND COOLING
José Miguel Cardemil
Fraunhofer Chile Research – Center for Solar Energy Technology FCR-CSET
