Aprovechamiento de la Energía Solar en Altas Temperaturas

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE
MÉXICO
“Centro de Investigaciones en Energía”
Introducción al Aprovechamiento de las
Fuentes Renovables de Energía:
“Aprovechamiento de la Energía Solar de Alta Temperatura”
Alumnos:
Juan Carlos Castro Domínguez
Javier Alejandro Hernández Magallanes
Abraham Zepeda González
Responsable:
Dr. Roberto Best y Brown
Temixco, Mor. 08 · septiembre · 2011
Antecedentes
Antecedentes
Arquímedes
Antecedentes
1880
A. Mouchot
Antecedentes
En Alemania en 1907 se patentó el primer diseño de un colector
de canal parabólico, Dr. Wilhelm Maier y Adolf Remshardt.
¿Qué es una Planta Termosolar?
Sistemas de ESTC
Canal Parabólico (CCP)
CARACTERÍSTICAS:
Estos sistemas suelen trabajar a temperaturas de
entre (100 y 400)°C.
“Alvarado I” (ACCIONA)
50 MW
28000 hogares
236 millones de euros
98000 t de CO2
130 ha
184,320 espejos
76.8 km
Concentradores de Fresnel
La tecnología Fresnel utiliza reflectores planos, simulando un espejo curvo por variación del
ángulo ajustable de cada fila individual de espejos, en relación con el absorbedor. Los
reflectores se construyen con espejos de vidrio normales, por lo tanto su materia prima es
muy barata.
Sistemas de Torre Central (CRS)
CARACTERÍSTICAS:
Operan a temperaturas de entre (250 y 1000)°C.
Los CRS fueron concebidos para la generación de alta potencia.
Están constituidos por cientos o miles de espejos con
seguimiento en dos ejes (helióstatos) que reflejan la
radiación solar sobre una región focal que se sitúa a
una altura suficiente para evitar sombreamientos entre
helióstatos cercanos.
PS10 y PS20 (Abengoa Solar)
La PS10
11 MW
624 heliostatos
La torre mide 115 m de altura
El receptor tiene 4 paneles de (5.5 x 12) m
5500 hogares
6 700 t de CO2
La PS20
20 MW
1 255 heliostatos
165 metros de altura
10 000 hogares
12 000 t de CO2
Discos Parabólicos (Dish-Stirling)
Están diseñados con espejos parabólicos y un motor de combustión
externa Stirling. El funcionamiento consiste en el calentamiento de un
fluido localizado en el receptor hasta una temperatura de aprox. 750 °C. El
motor transfiere su energía mecánica a un generador eléctrico que ha sido
acoplado al mismo conjunto.
Horno Solar
Un Horno Solar es un sistema de alta
concentración
que
provee
una
atmósfera y espacio de trabajo
adecuados, en donde la radiación de
energía para calentamiento puede ser
controlada con precisión y modificada
con rapidez. Un Horno solar es
básicamente un instrumento de
investigación científica.
Lo constituyen un sistema óptico compuesto por un helióstato con seguimiento del Sol que refleja la radiación solar a un espejo
concentrador. Debido a que la zona focal del espejo concentrador está fija, es sencillo instalar aparatos experimentales o de
aplicación. El nivel de potencia del Horno es ajustado usando un atenuador, que trabaja como una persiana veneciana, y está
localizado ente el helióstato y el concentrador.
Los hornos solares cubren un amplio espectro de aplicaciones, por ejemplo:
•Procesamiento y manufactura de
materiales avanzados: cerámicas
metalizadas para componentes
electrónicas, fulerenos y nanotubos.
•Determinación de propiedades
termofísicas
bajo
luz
solar
concentrada, incluyendo expansión
térmica, conductividad y difusividad
térmicas,
calor
específico,
propiedades
mecánicas,
y
emisividad y emitancia espectral.
•Determinación del funcionamiento
y los límites de falla de materiales
cerámicos y refractarios.
•Envejecimiento acelerado de materiales por UV.
•Desarrollo de receptores para la tecnología de
plantas de generación de potencia termosolar.
•Descomposición térmica y termoquímica del agua
para la producción de Hidrogeno.
•Simulación de efectos térmicos en presencia de
flujo radiativo altamente concentrado.
•Destrucción de materiales tóxicos: industriales,
orgánicos, desechos hospitalarios, etc.
Estanques solares.
a) Se usan grandes cantidades de agua salada y dulce.
b) Comúnmente existe un gradiente de temperatura de 60°C.
c) Tienen una eficiencia del 2%.
d) Para una producción de 50 MW es necesaria un área de 20 hectáreas.
e) Funcionan como almacenes de energía solar.
f)
Grandes cantidades de agua dulce para mantener una diferencia de
concentración salinas. (No es conveniente en zonas desérticas).
g) Desalinización del agua.
Estanques solares.
Conversión de energía térmica oceánica (OTEC).
a) Es generada en el mar. Aprovechando el gradiente de temperaturas entre la
profundidad y la superficie 20°C.
b) Es necesaria una profundidad de 1000 m para alcanzar este gradiente.
c) Las eficiencias son muy bajas.
d) En 1930 un barco en el Caribe fue pionero en esta área ( se utilizo más energía
para bombear el agua que la energía obtenida.)
e) Actualmente son producidos 10MW de electricidad , pero con un bombeo de
500m³/s
Conversión de energía térmica oceánica (OTEC)
Chimeneas solares.
a) Las chimeneas solares explotan el aire caliente producido por el efecto invernadero teniendo
una eficiencia de 1.3%.
b) El aire caliente es conducido (por diferencia de densidades) hacía un área de 32 turbinas , las
cuales están sobre la circunferencia del la chimenea.
c) El trabajo realizado por las 32 turbinas es conducido a un generador el cual a su vez genera
energía eléctrica.
d) Actualmente existen plantas de 50MW (España) el cual tiene un diámetro de 240 m de
colector efecto invernadero y una torre de 195 m de altura.
e) Se piensan crear chimeneas con generación de 100MW usando colectores de 3.6 km de
diámetro y 950 m de altura
Chimeneas solares.
Andasol-1
Planta
Potencia (MW)
Almacenamiento
Hibridación
Área de captación (m2)
Colector implementado
Año de operación
Terreno (ha)
AndaSol-1
50
Si
No
512 120
SKAL-ET
2008
195
Puertollano
Planta
Potencia (MW)
Almacenamiento
Hibridación
Área de captación (m2)
Colector implementado
Año de operación
Terreno (ha)
Puertollano
50
No
No
287 760
Eurotrough-150
2009
135
SEGS
Planta
SEGSI
Potencia (MW)
13.8
Almacenamiento
Si
Hibridación
Si
Área de captación (m2) 82 969
Colector implementado LS-1
Año de operación
1984
Terreno (ha)
-
SEGSII
30
No
Si
190 338
LS-1
1895
-
SEGS-III y
IV
30
No
Si
203 980
LS-2
1987
-
SEGSV
30
No
Si
250 560
LS-3
1988
-
Planta
SEGSVI
Potencia (MW)
30
Almacenamiento
No
Hibridación
Si
Área de captación (m2) 188 000
Colector implementado
LS-3
Año de operación
1988
Terreno (ha)
-
SEGSVII
30
No
Si
194 280
LS-3
1989
-
SEGSVIII
80
No
Si
464 340
LS-3
1990
-
SEGSIX
80
No
Si
483 960
LS-3
1991
-
Nevada Solar One
Planta
Potencia (MW)
Almacenamiento
Hibridación
Área de captación (m2)
Colector implementado
Año de operación
Terreno (ha)
NSO
64
Si
Si
357 200
Solargenix
2007
162
Alvarado-I
Planta
Alvarado I
Potencia (MW)
50
Almacenamiento
No
Hibridación
No
2
Área de captación (m )
372 240
Colector implementado
Año de operación
2009
Terreno (ha)
130
SolNova 1
Planta
Potencia (MW)
Almacenamiento
Hibridación
Área de captación (m2)
Colector implementado
Año de operación
Terreno (ha)
AndaSol-1
50
Si
No
512 120
SKAL-ET
2008
195
PS10
Planta
Potencia (MW)
Número de helióstatos
Altura de la torre (m)
Empresa que la opera
Año de operación
PS10
11
624
114
Abengoa
2007
PS20
Planta
Potencia (MW)
Número de helióstatos
Altura de la torre (m)
Empresa que la opera
Año de operación
PS20
20
1 255
165
Abengoa
2009
Gemasolar
Planta
Potencia (MW)
Número de helióstatos
Altura de la torre (m)
Empresa que la opera
Sistema de almacenamiento
Año de operación
Gemasolar
20
2 650
140
Gemasolar
Si
2010
Aznalcollar TH
Planta
Potencia (MW)
Número de discos
Aznalcollar
0.08
8
Manzanares
Planta
Potencia (MW)
Número de turbinas
Altura de la torre (m)
Gemasolar
0.05
180
Empresa que la opera
Schlaich
Bergermann
und Partners
Sistema de almacenamiento
Año de operación
No
1982
EnviroMission
Planta
Potencia (MW)
Número de turbinas
Altura de la torre (m)
Empresa que la opera
Sistema de almacenamiento
Año de operación
Gemasolar
200
32
1 000
EnviroMission
Si
-
México en la Actualidad
Central de Ciclo Combinado Agua Prieta II, 464.4 MW, Campo Solar de 12 MW
Elecnor y Sener, 194 millones de euros, mayo 2013.