6. Capítulo 4

Estudio Económico y Termoeconómico
del Disco Solar Stirling EuroDish
Capítulo 4. Conclusiones,
Recomendaciones y Mejoras
Capítulo 4.
Conclusiones, Recomendaciones y Mejoras.
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Estudio Económico y Termoeconómico
del Disco Solar Stirling EuroDish
Capítulo 4. Conclusiones,
Recomendaciones y Mejoras
Índice
1.
Conclusiones ............................................................................................................. 3
2.
Recomendaciones ...................................................................................................... 6
3.
Mejoras del proyecto ................................................................................................. 8
4.
Referencias ................................................................................................................ 9
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Estudio Económico y Termoeconómico
del Disco Solar Stirling EuroDish
Capítulo 4. Conclusiones,
Recomendaciones y Mejoras
1. Conclusiones
El análisis económico se ha realizado para dos situaciones diferentes. Para la primera se
han utilizado los datos reales de operación del sistema EuroDish de la Escuela Superior
de Ingenieros de Sevilla que se han registrado hasta el momento, considerando que el
sistema produce al año de media 10000 kWh de energía eléctrica. En la segunda se ha
buscado una configuración de los parámetros ficticia pero realista, con la cual el
proyecto es viable económicamente.
En la situación con datos reales se comprueba que el método de amortización que
produce un mejor resultado es el método según porcentaje constante para el coeficiente
máximo de amortización y el mejor método de venta de la electricidad es el método de
venta según la tarifa de mercado. Los indicadores económicos resultan:
𝑉𝐴𝑁 = −91339,76 €
𝐼𝑅 = 0,223
€
𝐶𝑈𝐸 = 1,3846
𝑘𝑊ℎ
𝐶𝑃 = 186962,49 €
𝐶𝑃𝑙 = 14625,46 €
Según estos resultados el proyecto no sería rentable económicamente.
Sin embargo, el sistema EuroDish de la Escuela Superior de Ingenieros de Sevilla se usa
para investigación, por lo que no se ha tenido como objetivo maximizar la producción y
minimizar los costes. Para comprobar si el sistema sería rentable en una situación en la
que se quisiera obtener el máximo beneficio del sistema se ha propuesto en el apartado
4 del capítulo 2 de este mismo proyecto una configuración de parámetros ficticia pero
realista. Con esta configuración se comprueba que se obtiene la máxima rentabilidad
para el método de amortización según números dígitos con el coeficiente máximo de
amortización y para el método de venta de electricidad según la tarifa de mercado. Los
indicadores económicos en este caso resultarían:
𝑉𝐴𝑁 = 22446,75 €
𝐼𝑅 = 1,5291
€
𝐶𝑈𝐸 = 0,3891
𝑘𝑊ℎ
𝐶𝑃 = 87674,49 €
𝐶𝑃𝑙 = 5612,22 €
𝑇𝐼𝑅 = 0,0864
𝑃𝑅 = 15 𝑎ñ𝑜𝑠
En esta situación el proyecto sí que sería viable económicamente, con un coste unitario
energético parecido al de las placas fotovoltaicas hace unos 10 o 15 años.
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Capítulo 4. Conclusiones,
Recomendaciones y Mejoras
Hay que intentar tener como objetivo disminuir el coste promedio anual de operación y
mantenimiento a menos de 1000 €, ya que de esta forma el coste unitario energético
disminuiría por debajo de 30 c€/kWh, asemejándose al de las placas fotovoltaicas en la
actualidad.
El análisis termoeconómico se ha realizado a partir de las consideraciones hechas para
la situación en la que el proyecto es viable en el análisis económico.
Los datos del sistema EuroDish que se han tomado de bibliografía se han
complementado con los datos reales generados por el sistema el día 9 de febrero de
2005, tomando este día como característico.
El análisis exergético ha dado como resultado que el disco produce 72555,038 Wh/día
de media, por lo que al producir de media 7,4 horas el disco trabajaría unos 192,7 días
al año para poder producir 14000 kWh anuales.
Del análisis termoeconómico resulta que el coste unitario exergético de la energía neta
producida es 0,3248 €/kWh y el coste temporal de la producción neta es 23,60 €/día.
Los factores termoeconómicos de cada uno de los elementos del sistema resultan:
𝐶𝑃 (€/día)
𝑓𝐹
𝑓𝑍
𝑓𝐷
Concentrador Receptor
9,89
12,28
0,4288
0,841
0,5712
0,159
0,07723
0,2058
Motor
22,67
0,561
0,439
0,0113
Generador
24,01
0,9623
0,0377
0,06731
Servomotores
4,24
0,1544
0,8456
0,01071
Sist. Aux.
1,75
0,1185
0,8815
0,101
El generador es el elemento con mayor coste temporal de su producción. Sin embargo,
su factor de coste de inversión y operación y mantenimiento y su factor de exergía
destruida son bastante bajos, por lo que no es un elemento en el que haya que centrarse
para mejorar el sistema. Los servomotores y sistemas auxiliares tienen unos costes
temporales de la producción bastante bajos, por lo que, aunque sus factores
termoeconómicos no sean buenos, su mejora no resulta demasiado relevante en el
sistema.
El motor es el elemento con el segundo mayor coste temporal de su producto y, aunque
su factor de exergía destruida es muy bajo, su factor de coste de inversión y operación y
mantenimiento resulta ser bastante elevado, por lo que es un elemento a tener en cuenta
a la hora de mejorar el sistema.
El receptor tiene el factor de exergía destruida más alto de entre todos los elementos.
Sin embargo, esto se debe a la alta temperatura característica del propio receptor. Esta
temperatura es necesario que sea alta para poder aprovechar la energía solar térmica, por
lo que difícilmente se podría mejorar el factor de exergía destruida.
El concentrador tiene un factor de coste de inversión y operación y mantenimiento
bastante alto y, aunque el coste temporal de su producción no es muy elevado, es lo
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Capítulo 4. Conclusiones,
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suficientemente alto como para que una mejora de este factor sea influyente sobre el
sistema.
De entre los rendimientos del concentrador, receptor, motor y generador, el rendimiento
del motor es el que produce mayor variación en las variables asociadas a la producción
neta del sistema. Al aumentar el rendimiento del motor un 10% el coste unitario
exergético de la producción neta disminuye aproximadamente 12,04 c€/kWh y la
exergía neta producida aumenta aproximadamente 23,24 kWh. Al aumentar alguno de
los otros tres rendimientos un 10% el coste unitario exergético de la producción neta
disminuye unos 3,8 c€/kWh y la exergía neta producida aumenta unos 8,5 kWh/día. El
coste temporal de la producción neta no varía al variar cualquiera de los rendimientos
anteriormente considerados. Los factores termoeconómicos apenas varían al variar
cualquiera de los rendimientos. El único factor que varía de forma apreciable es el
factor de la exergía destruida que disminuye al aumentar el rendimiento de elemento
que se esté considerando.
Si aumenta el coste de inversión y operación y mantenimiento de algún elemento en 100
€/año, el coste unitario exergético de la producción neta aumenta 0,72 c€/kWh y el coste
temporal aumenta 0,52 €/día en la corriente de la producción neta. Al disminuir el coste
de inversión y operación y mantenimiento de un elemento disminuyen el factor de coste
de inversión y operación y mantenimiento y el coste temporal de la producción
asociados a dicho elemento y aumentan el factor de combustible y el factor de exergía
destruida del mismo elemento.
Al disminuir la energía solar entrante diaria en 100 kWh/día el coste unitario exergético
de la producción neta aumenta entre 10 y 15 c€/kWh y la exergía neta producida
disminuye unos 20 kWh/día. El coste temporal de la producción neta no varía con la
energía solar entrante diaria.
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2. Recomendaciones
Considerando los parámetros del apartado 4 del capítulo 2, la inversión inicial hay que
reducirla a menos de 50000 €, ya sea mediante subvención o mediante la disminución
de los costes de fabricación e instalación.
Considerando que en el caso en el que el proyecto es viable el resto de parámetros
permanece constante, el coste promedio anual de operación y mantenimiento hay que
mantenerlo por debajo de los 3000 € para que el proyecto resulte rentable. Se debería
tener como objetivo reducir estos costes por debajo de los 1000 €, ya que para este
rango el coste unitario energético del disco Stirling se asemejaría al de las placas
fotovoltaicas en la actualidad en Sevilla.
Una forma efectiva de disminuir los costes de operación y mantenimiento es mejorar la
estanqueidad del hidrógeno en el interior del motor, ya que uno de los costes mayores lo
representa el gasto en hidrógeno.
Para que el proyecto resulte rentable con las condiciones establecidas en el apartado 4
del capítulo 2 de este mismo proyecto, hay que producir más de 11000 o 12000 kWh de
energía eléctrica al año. El GTER se ha desarrollado un modelo de producción del
sistema EuroDish, que para una disponibilidad del 100% se calcula que en Sevilla
produce unos 16500 kWh/año. Según este dato, teniendo en cuenta que inevitablemente
se van a tener incidencias, sería conveniente proponerse como objetivo producir 14000
kWh al año.
Un aumento de la producción se puede conseguir por ejemplo disminuyendo los fallos
de comunicaciones, que son varios en el sistema EuroDish de la Escuela de Ingenieros
de Sevilla [ROMERO, 2009].
En el análisis termoeconómico se ha determinado que el elemento en el que hay que
centrarse más para mejorar el sistema es el motor. Hay que prestar especial atención al
rendimiento del motor, ya que es el que mayor influencia tiene sobre la exergía neta
producida de entre todos los rendimientos. Un aumento del 10% en el rendimiento del
motor aumenta la exergía neta producida en aproximadamente 23 kWh/día. Este
rendimiento se controla por ejemplo vigilando las pérdidas de hidrógeno, ya que la
disminución de la presión de hidrógeno en el motor hace disminuir su rendimiento.
También se mejora este rendimiento vigilando el diseño en futuros modelos. Se podrían
considerar otros tipos de motor Stirling como el beta o el gamma, que podrían tener
mejor rendimiento y menos pérdidas de hidrógeno.
El receptor y el concentrador también son elementos a tener en cuenta para mejorar el
sistema. Por ejemplo, se podrían buscar materiales para el receptor que soportaran el
mismo rango de temperaturas pero que fueran más baratos y tuvieran mejor capacidad
de transferencia de calor. El concentrador podría reducirse de peso de forma que se
fabricara con menos cantidad de material y resultara más barato, además de consumir
menos energía de los servomotores para orientarlo.
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Capítulo 4. Conclusiones,
Recomendaciones y Mejoras
Aunque el coste de la energía eléctrica comprada de la red tiene una influencia
despreciable sobre el sistema, debería estudiarse la posibilidad de que el sistema no
consumiera nada de la energía eléctrica de la red, autoabasteciéndose de baterías que
recargaría durante los periodos de producción. Es probable que esta configuración
mejorara la rentabilidad del proyecto.
Si se instalara un campo de varios sistemas EuroDish mejoraría la rentabilidad
económica del conjunto, ya que varios de los costes de inversión y de operación y
mantenimiento se dividirían entre el número de unidades instaladas.
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3. Mejoras del proyecto
Las temperaturas características consideradas para el balance exergético son en muchos
casos poco exactas. Aunque son poco influyentes en el análisis termoeconómico, sería
conveniente obtenerlas de forma más exacta, recurriendo a mejores fuentes de
información mejores modelos.
El estudio termoeconómico se ha realizado considerando los rendimientos de los
distintos elementos del sistema constantes e iguales a los de diseño. El Departamento de
Ingeniería Energética está desarrollando en la actualidad un modelo de funcionamiento
del sistema EuroDish en el que la producción y los rendimientos cambian según sea la
radiación directa incidente y la temperatura ambiente. Sería conveniente volver a
realizar el análisis termoeconómico utilizando este modelo con un año tipo, para así
obtener datos de producción más fiables.
Este análisis económico y termoeconómico se ha realizado para los parámetros, tanto
económicos como termodinámicos, de Sevilla. Sería interesante realizar el análisis con
parámetros de otros países, ya que las condiciones económicas varían según las leyes de
cada país y las condiciones de funcionamiento también varían según la situación
geométrica del EuroDish. Esto serviría para comprobar donde resultaría más rentable
instalar el sistema EuroDish.
Se podría realizar el análisis económico y termoeconómico de un campo con varios
discos Stirling EuroDish, que probablemente resultaría más rentable, ya que algunos de
los costes inversión y operación y mantenimiento se dividirían entre el número de
unidades que se instalara. Por ejemplo, el contrato del hidrógeno sería sólo uno,
independientemente del número de discos que hubiera y el operario dividiría su trabajo
entre más sistemas, por lo que su tiempo de dedicación por sistema disminuiría.
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4. Referencias
ROMERO TOSCANO, J. I. Informe sobre los códigos de errores y las incidencias del
disco solar. GTER. 25 de agosto de 2009.
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