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Descripción del problema
Introducción
Además, se ha añadido un apartado de marco teórico en el que se tratarán temas sobre la historia de la energía solar térmica, tanto en Estados Unidos como en el mundo, y los diferentes tipos de centrales solares térmicas. Estos incluyen colectores cilíndricos parabólicos, colectores lineales de Fresnel, platos parabólicos y receptores de torre central y diversas tecnologías existentes en cuanto a los elementos que componen una planta de energía solar, así como su rendimiento según las bibliografías consultadas.
Antecedentes
Guillermo Espinoza Rueda de la Universidad de Sevilla, desarrollado en 2020, aborda la evaluación experimental de los tubos receptores de una planta solar con tecnología parabólica. La limpieza artificial no daña el revestimiento antirreflectante de la cubierta de vidrio de los tubos.
Planteamiento del problema
Por lo tanto, es necesario contar con plantas de generación de combustibles fósiles como respaldo. Por esta razón, las plantas de generación de energía solar térmica se consideran una opción que se puede implementar en el país, siempre que sea factible tanto desde el punto de vista técnico como económico.
Justificación e importancia del proyecto
Otra situación que dificulta la explotación de ciertas áreas para desarrollar proyectos de generación es que se encuentran dentro de parques nacionales o áreas de discusión donde la ley no permite ningún tipo de explotación. Ante las situaciones descritas, es necesario evaluar otras opciones de fuentes de generación de energía eléctrica que tengan un panorama más claro sobre su posible desarrollo en el país.
Objetivos
- Objetivo general
- Objetivos específicos
Como resultado, según el Informe de Producción y Demanda 2020 elaborado por el Instituto Costarricense de Electricidad, Costa Rica ha abastecido continuamente más del 98% de su demanda eléctrica interna con fuentes de energía renovables durante al menos los últimos 5 años. Elaborar un estudio de factibilidad económica de acuerdo a las características de la planta termosolar que se pretende implementar, comparando costos de inversión, mantenimiento y precios actuales para la producción de electricidad en el país, de manera que exista un panorama amplio respecto a la implementación de la producción de calor solar. Tecnología utilizada en Guanacaste en Costa Rica.
Marco teórico
- Tipos de centrales termosolares
- Captadores cilíndricos parabólicos
- Captadores lineales Fresnel
- Discos parabólicos
- Receptor de torre central
- Funcionamiento de la tecnología termosolar CCP
- Mecanismo de transferencia de calor
- Energía solar
- Tipos de radiación
- Almacenamiento de energía
- Fluido de transferencia de calor (Heat Transfer Fluid HTF)
- Múltiplo solar
- Colectores (SCA)
- Partes del colector SCA
- Tubos captadores (HCE)
A la hora de elegir el tipo de instalación solar térmica influyen factores como el coste, la eficiencia, el tamaño y la distribución de la instalación. El accionamiento hidráulico utilizado en el colector Solargenix SGX-1 se muestra en la Figura 14 (Ahmad y Mohmed, 2014).
Marco metodológico
- Tipo de investigación
- Alcance de la investigación
- Fuentes de información
- Variables
- Sujeto de información
- Resumen
- Estrategia metodológica
Determinar las tecnologías y especificaciones de plantas solares térmicas ideales a considerar en el estudio, utilizando las características del terreno, información proporcionada por proveedores o software especializado, para obtener el máximo rendimiento de la planta. Evaluación en línea de la eficiencia y capacidad relacionada con la producción de calor solar, de esta manera es posible determinar los parámetros adecuados al ejecutar simulaciones. Determinar los costos de implementación de una planta termosolar, con base en los parámetros ideales obtenidos, estos costos son de construcción, operación y mantenimiento.
Características y capacidad de producción del terreno en estudio
- Introducción del objetivo
- Características físicas y topológicas del terreno
- Localización
- Preferencias de Coopeguanacaste R. L
- Espacio físico del proyecto
- Análisis de sombra
- Características meteorológicas y recursos solares del terreno
- Solargis
- Instituto Meteorológico Nacional
- Software System Advisor Model SAM
- Capacidad de producción según área del terreno
Finalmente, se estima la capacidad de generación de energía eléctrica a partir de la radiación solar de la central termosolar, en función de la extensión y características del emplazamiento. En la Figura 16 y Figura 17 se muestran las dimensiones y ubicación del terreno en estudio. Al comparar los diferentes valores correspondientes a la energía solar incidente y la temperatura promedio para las coordenadas del sitio en estudio, es posible verificar que estos valores están cercanos entre sí, y por ende los datos proporcionados por el Modelo System Advisor. Se utiliza software SAM.
Características y variables idóneas de la central termosolar por estudiar
Introducción del objetivo
En el desarrollo del segundo objetivo específico del estudio, se pretende determinar las características y especificaciones óptimas de los distintos elementos, variables y parámetros que componen la planta de generación solar térmica. Esta evaluación se realiza a través de simulaciones realizadas gracias a la modelización realizada por el software System Advisor Model SAM, definido como software libre de uso educativo, que ofrece la posibilidad de modelar el comportamiento de las plantas termosolares en función de las condiciones solares y ambientales. especificaciones. De esta forma se espera determinar el comportamiento de variables y parámetros que proporcionen un equilibrio entre rendimiento, eficiencia y costo.
Fluido de transferencia de calor (Heat Transfer Fluid HTF)
La Tabla 7 se incluye a continuación y muestra el rango de temperaturas de funcionamiento para estos fluidos. Como se muestra en la Tabla 3 Sonsout o Hitec Solar Salt muestra el precio más bajo, pero puede variar dependiendo de las condiciones climáticas y las características de la planta CSP (Patiño Mantilla y Venturini, 2016). De acuerdo a las características de los HTF mostradas en la Tabla 8, se determina realizar simulaciones ejecutando el software SAM con dos tipos de HTF, de manera que sea posible evaluar su comportamiento para el caso específico en estudio.
Múltiplo solar
Gracias al software SAM, utilizado en el desarrollo de este trabajo, fue posible obtener el valor del múltiplo solar ingresando los parámetros de extensión, la ubicación del terreno y los recursos solares asociados, obteniendo un valor del múltiplo solar que corresponde. a 1,7367.
Colectores (SCA)
Tubos receptores
Sistema de almacenamiento de energía
Variables preliminares por considerar para el modelado de la central termosolar en
Modelado de la Central Termosolar en System Advisor Model SAM
- Introducción
- Selección de modelos para tecnología cilindro-parabólica
- Selección de modelos financieros
- Localización y recursos
- Campo solar
- Área total del terreno
- Diseño del campo solar
- Múltiplo solar
- Orientación de los colectores en el campo solar
- Fluido de transferencia de calor HTF
- Colectores SCA
- Receptores HCE
- Bloque de potencia
- Sistema de almacenamiento TES
- Pérdidas parásitas
- Vida útil y degradación
- Tasa de degradación anual
- Costos de instalación
- Costos por operación y mantenimiento O&M
Los parámetros de entrada relacionados con la potencia nominal de la turbina se detallan a continuación. Luego, se detallan los parámetros de entrada relacionados con el desempeño de la turbina a modelar. SAM utiliza la entrada térmica de la turbina de diseño para calcular varios valores relacionados con la capacidad del bloque de potencia.
Campo Solar ($/m2): Se refiere a los costos asociados a la compra de equipos y servicios de mano de obra asociados a la instalación del campo solar de una planta de energía. Almacenamiento (kWh): Se refiere a los costos asociados a la instalación de un sistema de almacenamiento térmico para la planta modelada.
Resumen de variables para el modelado de la central termosolar en SAM
- Selección Tipo HTF
- Selección tipo de colector
- Selección horas de almacenamiento por estudiar
Costos de combustibles fósiles: Se refiere a los costos asociados con la operación y mantenimiento de la producción utilizando combustibles fósiles como forma de sustentar la planta. Según las simulaciones realizadas se encuentra que el comportamiento de la variable de almacenamiento de 18 horas utilizada en el modelado de la central termosolar es similar al de la variable de almacenamiento de 24 horas, por lo que se rechaza esta opción. En el estudio todavía se tienen en cuenta 18 horas de almacenamiento y los ocho parámetros restantes. Los datos de simulación que respaldan la consideración anterior se muestran en el Anexo VI.
Estudio de viabilidad económica
Introducción del objetivo
Esto se realiza utilizando indicadores financieros como el valor presente y la tasa de interés interna, los cuales se basan en el ahorro financiero que tiene Coopeguanacaste al no comprar al ICE la energía que generaría la planta termosolar en estudio. Además, se tiene en cuenta la energía producida cada 30 minutos, de modo que se puede calcular el ahorro que se conseguiría tanto con electricidad (kW) como con la compra de energía (kWh) según la tarifa correspondiente, la inversión asociada a la compra e instalación del sistema de calefacción solar y los costos fijos asociados con la operación y mantenimiento del sistema. Los datos sobre la energía generada (kWh), la inversión y los costes fijos de operación y mantenimiento de la planta son proporcionados por el software SAM como resultado de la simulación de cada caso individual.
Tarifas Aresep para distribuidores
Para cada uno de los casos enumerados en la Tabla 15, se realiza un estudio económico para determinar el número de horas de almacenamiento que hacen más rentable la planta termosolar. El ahorro de electricidad se obtiene multiplicando los kW producidos cada hora por la tarifa adecuada. El ahorro energético se obtiene multiplicando los kWh producidos cada hora por la tarifa adecuada.
Indicadores financieros
Para cada caso de simulación presentado en la Tabla 13, se calcularán el VPN y la TIR para que estos dos indicadores económicos puedan compararse para cada caso individual.
Parámetros de simulaciones en SAM
Como insumo para realizar los cálculos indicados se utiliza el monto ahorrado por potencia y energía (visto en el punto anterior), el costo de capital neto y el costo igualado de energía.
Cálculos con resultados simulaciones en SAM
- Cálculos para el año 1
- Proyección a 30 años
Finalmente, el ahorro total es la suma de los ahorros por costos de electricidad más los ahorros por costos de energía. El Apéndice VII ilustra los ahorros debidos a los costos de energía durante 24 horas. Finalmente, el ahorro total del primer año es la suma del ahorro (kW) más el ahorro (kWh), expresado en la ecuación 25.
Resultados de las simulaciones por medio de SAM
- Caso I 0 Horas
- Caso II 1 Hora
- Caso III 1,5 Horas
- Caso IV 2 Horas
- Caso V 3 Horas
- Caso VI 6 Horas
- Caso VII 12 Horas
- Caso VIII 24 Horas
Para calcular los indicadores financieros de VAN y TIR es necesario, entre otras cosas, tener información sobre los ahorros a obtener y el coste de operación y mantenimiento a 30 años. Utilizando una regla general con la generación total de cada año (obtenida del SAM) y la generación y ahorro del primer año (calculados según el apartado anterior), es posible obtener un ahorro anual aproximado a lo largo de 30 años. En resumen, se presenta la Tabla 41 con datos de costos de producción, inversión, operación y mantenimiento y ahorro total en el primer año para todos los casos de simulación.
Resultados financieros (VAN y TIR)
- Caso I 0 Horas
- Caso II 1 Hora
- Caso III 1.5 Horas
- Caso IV 2 Horas
- Caso V 3 Horas
- Caso VI 6 Horas
- Caso VII 12 Horas
- Caso VIII 24 Horas
En este estudio se calculó utilizando la herramienta VNA de Microsoft Excel que se muestra en la Figura 49. En este estudio, se calculó utilizando la herramienta TIR de Microsoft Excel que se muestra en la Figura 50. A modo de resumen, se presenta la Tabla 50 con los datos de valor. neto (NPW) y la tasa interna de retorno (TIR) para todos los casos de simulación.
Análisis de resultados
- Análisis de generación
- Análisis económico
- Análisis financiero
- Análisis de sensibilidad
Puede ver esto en la Figura 53, que representa la inversión y la producción en función de las horas de almacenamiento. En los siguientes casos, los costes de inversión aumentan a medida que aumenta el número de horas de almacenamiento, sin que se produzca un aumento de la producción en la planta. Por otro lado, los costos de O&M basados en horas de almacenamiento se comportan igual que la producción basada en horas de almacenamiento, como se muestra en la Figura 54.
Conclusiones y recomendaciones
Conclusiones
Con base en las dimensiones del terreno y la radiación solar incidente, se determinó que la potencia máxima que puede producir la central termosolar es de 2 MW. Sistema de almacenamiento de energía: Se determinó que para este caso de estudio, el uso de almacenamiento de energía no es económicamente viable. Además, la central eléctrica se considera económicamente viable ya que tiene un VAN y una TIR positivos.
Recomendaciones
Anteproyecto de una central solar termoeléctrica con tecnología cilindroparabólica ubicada en Tenerife. Análisis técnico-económico de la tecnología termosolar con colector solar cilindro-parabólico utilizando diferentes fluidos de trabajo y térmicos. Diseño de una minicentral solar de 200kva para electrificación rural aislada en el distrito de Vítor.
Características meteorológicas del terreno (Solargis, 2022)
Características meteorológicas del terreno (IMN, 2022)
Datos técnicos tipo de colector
Resultados simulación de comparación de los tipos de HTF
Resultado simulación de comparación de los tipos de colector
Resultado simulación de comparación horas de almacenamiento
Cálculo de ahorro por energía
Ficha Técnica HTF Hitec XL (Fariña González, 2020)
Ficha técnica tubo receptor Schott PTR70 Receivers (Fariña González, 2020)
Carta de Autorización para uso y manejo de los trabajos finales de graduación