Taller: La energía solar y sus aplicaciones en la industria Alternativas para satisfacer nuestras necesidades energéticas de una forma sustentable Dr. Nicolás Velázquez Limón Centro de Estudio de las Energías Renovables del Instituto de Ingeniería de la Universidad Autónoma de Baja California Congreso Internacional de Mantenimiento Industrial Bahía de Banderas 2013 Nuevo Vallarta, Nayarit, México, 26, 27 y 28 de junio Agenda Introducción Problemática y oportunidades del sector industrial. Propuesta para obtener una INDUSTRIA sustentables y energéticamente autosuficientes. La energía solar y sus diferentes aplicaciones. Tecnologías solares para la GENERACIÓN ELÉCTRICA. Sistemas energéticos acoplados Tecnologías solares para APLICACIONES TÉRMICAS. Sector industrial del futuro Reflexiones finales. ¿Como podría ser un sector industrial con tecnologías sustentables? Problemática que justifica el desarrollo de una industria SUSTENTABLES CON ENERGÍAS RENOVABLES Problemática energética, ambiental y económica del sector industrial. La contaminación de nuestro aire, agua y suelos por parte de la industria es una realidad. ¿Es una realidad necesaria para que se genere un desarrollo económico? ¿No tenemos otra alternativa? En algunos casos se plantea decidir entre aceptar “cierto grado” de contaminación o quedarse sin fuentes de trabajo. Problemática y oportunidades del sector industrial ¿Por qué es necesarios evolucionar hacia una industria sustentable y con autosuficiencia energética? Las empresas sucias tienen que soportar las legislaciones ambientales y las exigencias competitivas de los mercados y eso pone en riesgo su sobrevivencia. Actualmente ya no se permite el crecimiento industrial sin restricciones, como en el pasado. Hay que cumplir con la reglamentación ambiental y ser altamente competitivos. Para atacar el problema se puede aprovechar los incentivos fiscales (depreciación acelerada, no pagar impuestos en importaciones, apoyo en la realización de proyectos, etc.) por implementar tecnologías limpias. DERECHOS RESERVADOS, D.R.-2012-CICESE © ¿Por qué buscar ser autosuficientes energéticamente? Petróleo en México Miles de barriles de petróleo por día 4000 Produccion Consumo Cap. de Refinacion 3000 2000 1000 0 1960 1970 1980 1990 2000 2010 Año A mediano y largo plazo, no hay seguridad en el suministro y los costos de los energéticos van a seguir subiendo. Problemática que justifica el desarrollo de TECNOLOGÍAS SUSTENTABLES CON ENERGÍAS RENOVABLES INDUSTRIA DEL PETROLEO NUESTRO DESARROLLO COMO SERES HUMANOS ESTA BASADO EN PROCESOS INEFICIENTES Y CONTAMINANTES TERMOELECTRICA LOS PATRONES ACTUALES DE GENERACIÓN ELÉCTRICA NO SON SUSTENTABLES DEBIDO A SUS GRANDES EFECTOS AMBIENTALES. La mayoría de nuestros grandes problemas actuales es por los efectos secundarios de las tecnologías. La contaminación nos afecta a todos!! Es por eso, que todos debemos buscar soluciones. Pero no es solo cambio climático el problema Sustentabilidad y autoabastecimiento energético en la Industria ¿Cómo podemos obtener una industria mexicana sustentable y energéticamente autosuficiente? Aprovechar las oportunidades que ofrecen las nuevas tecnologías energéticas para disminuir costos de producción y aumentar la competitividad, sin afectar el ambiente. Empresa exitosa sostenible Proyectos solares Reducción de costos de producción y daño ambiental. Industria más competitiva y socialmente responsable. Programa de sustentabilidad y autosuficiencia energética. Diagnostico de la situación actual DERECHOS RESERVADOS, D.R.-2012-CICESE Dinámica de mejora continua© JUSTIFICACIÓN del programa para el aprovechamiento de las Energías Renovables en la industria. RECURSOS PROBLEMATICA OPORTUNIDADES (Soluciones?) TECNOLOGÍAS SUSTENTABLES Y PLAN ESTRATEGICO ENERGETICA Identificar y aprovechar las oportunidades que ofrecen las energías renovables SOLAR (ER) TECNOLOGÍAS AMBIENTAL INDUSTRIA ECONOMICA Las energía solar como una alternativa para mejorar la competitividad y la conservación del Medio Ambiente COMPETENCIA DERECHOS RESERVADOS, D.R.-2012-CICESE © JUSTIFICACIÓN del programa para el aprovechamiento de las Energías Renovables en la industria. Problemática • • • • Energética Ambiental Económica Social Energías Renovables • • • • • • Solar Eólica Oceánica Biomasa Geotérmica Hidráulica Tecnologías Energéticas • • • • Centralizadas Distribuida Micro Red y cogeneración Usos directos varios DERECHOS RESERVADOS, D.R.-2012-CICESE © Encabezados de las noticias: LA ENERGÍA TERMOSOLAR SE INCREMENTÓ EN UN 193% EN 2011 EN ESPAÑA LA ENERGÍA EÓLICA EN MÉXICO PODRÍA DUPLICARSE EN TRES AÑOS TENDRÁ SORIANA 5 PLANTAS EÓLICAS LOS ESTADOUNIDENSES, DISPUESTOS A PAGAR MÁS POR ENERGÍA LIMPIA PLAN MAESTRO EN EL SALVADOR PARA EL DESARROLLO DE LAS ENERGÍAS RENOVABLES LA ENERGÍA FOTOVOLTAICA ES MÁS BARATA DE LO QUE USTED PIENSA MOLINOS EN EL FONDO DEL MAR SUDÁFRICA Y AUSTRALIA MUESTRA CÓMO HACER LA ENERGÍA LIMPIA CHINA CRITICA “PROTECCIONISMO” DE EU POR CELDAS SOLARES EXPERTOS APUESTAN POR UN MODELO ECONÓMICO BASADO EN LAS ENERGÍAS RENOVABLES TUVALU ASPIRA A SER 100% RENOVABLE EN 2020 EE.UU. 3 000 MILLONES PARA EL DESARROLLO ENERGÍAS RENOVABLES ACCIONA Y MITSUBISHI SE ALÍAN PARA INVERTIR 2,000 MILLONES EN ENERGÍAS RENOVABLES LA REVOLUCIÓN RURAL VERDE EN CHINA DERECHOS RESERVADOS, D.R.-2012-CICESE © OBJETIVOS GENERAL INNOVATEC Incentivar la inversión en investigación y desarrollo tecnológico de las empresas del sector productivo del país, mediante el otorgamiento de estímulos económicos complementarios a las empresas que demuestren de manera fehaciente que realizan actividades relacionadas a la investigación y desarrollo tecnológico, con la finalidad de incrementar su competitividad, la creación de nuevos empleos de calidad e impulsar el crecimiento económico del país. DERECHOS RESERVADOS, D.R.-2012-CICESE © La energía solar y sus diferentes aplicaciones Problemática • • • • Energética Ambiental Económica Social Energías Renovables • • • • • • Solar Eólica Oceánica Biomasa Geotérmica Hidráulica Tecnologías • • • • Centralizadas Distribuida Micro Red y cogeneración Usos directos varios Debemos desarrollar nuestra propia tecnología para aprovechar las energías renovables y resolver nuestros problemas energéticos, ambientales y económicos, dando progreso a nuestro país. ZONAS CON MAYOR DISPONIBILIDAD DE ENERGÍA SOLAR • • El sol es un recurso energético abundante en la república mexicana. En México hay importantes nichos para la aplicación de sistemas FV: generación distribuida conectada a red; electrificación rural; otros. Universidad Autónoma de Baja California Centro de Estudio de las Energías Renovables APLICACIONES INDUSTRIALES: Poligeneración A/A y refrigeración Generación eléctrica. Energía SOLAR TECNOLOGÍAS Generación de calor de procesos Industriales. Desalación de agua Identificar y aprovechar las oportunidades que ofrece la energía solar. Universidad Autónoma de Baja California Centro de Estudio de las Energías Renovables Aplicación A/A y refrigeración Generación eléctrica. Energía Solar Térmica Producción de hidrógeno (800 oC). Detoxificación de residuos orgánicos tóxicos. Fotocatalicis solar (desinfección de aire interior y tratamiento de emisiones gaseosas). Viviendas y edificios en general Conservación de productos del mar. Productos agrícolas y ganaderos. Enfriamiento y calefacción en general. Generación eléctrica centralizada. Generación eléctrica distribuida. Generación de vapor (calor de procesos Ind.) Industria alimenticia. Industria Química. Agroindustria. Otras. Desalación de agua Agua de mar. Agua salada de posos. Secado y deshidratación Granos, frutas, especies y otros alimentos. Madera, harina y otros prod. industriales. Ropa y otros productos en general. Calentamiento de agua Viviendas y edificios en general. Lavanderías, restaurantes y c. comerciales. Albercas y muchos otros usuarios. Cocción de alimentos Hornos solares Cocinas solares para zonas rurales. Cocinas solares para restaurantes. Entre otros. Fundir aluminio, cobre y otros metales. Otras aplicaciones de alta temperatura. México debe dejar de ser un espectador y enfocarse a desarrollar tecnología para aprovechar las energías renovables. El progreso del país debe estar basado en el desarrollo de tecnología propia. Tecnologías solares para la generación eléctrica TECNOLOGÍAS ENERGÉTICAS EMERGENTES: Generación eléctrica centralizada y distribuida. Cogeneración, trigeneración y poligeneración. Generación eléctrica con Micro Redes. Redes inteligentes. PRODUCCIÓN DE ELECTRICIDAD CON ENERGÍA SOLAR TÉRMICA Sistemas de cilindro parabólico y Fresnel Sistemas de receptor central Sistemas de discos parabólicos con generador de motor Stirling Una Central Solar es aquella instalación en la que se aprovecha la radiación solar para producir energía eléctrica. Este proceso puede realizarse mediante la utilización de un proceso fototérmico, o de un proceso fotovoltáico. A NIVEL CENTRALIZADO: Solar térmica de media y alta temperatura Cilindro parabólicos Fresnel Receptor Central Generador de motor Stirling ¿CON QUE SOLUCIONES TECNOLÓGICAS SE CUENTA ACTUALMENTE? Esquema de una central eléctrica solar con colectores cilindro-parabólicos TAMAÑO APROXIMADO: 150 – 300 MWe 30 – 80 MWe Planta PS 10 de receptor central Nuevo sistema Primera planta termosolar de receptor central PS 10, en Sanlúcar la Mayor (Sevilla) SISTEMA FOTOVOLTAICO CD A R R E G L O F O T O V O L T A I C O CONSUMO CORRIENTE DIRECTA CENTRO DE DISTRIBUCION CA CONSUMO CORRIENTE ALTERNA CD 10 y 30 kilowatts CONVERTIDOR INVERSOR junio de 2007 BANCO DE BATERIAS Interconectados a la red, durante la noche, la energía eléctrica es abastecida por CFE, bonificando los excedentes entregados durante el día que no se consumieron. PARTES DEL SISTEMA FOTOVOLTAICO Subsistema de captación (Paneles fotovoltaicos): captación de energía solar Tipos: Monocritalinos rendimiento 15 a 18% Policristalinos 12 a 14% Amorfos 10% Subsistema de almacenamiento (Batería) Acumulár la energía cuando está disponible, para utilizarla en el momento en que se solicite. 15 - 18% Tipos: Plomo-acido, Niquel-cadmio, Niquel-fierro, etc. Subsistema de regulación (Regulador) Regulación de carga y descarga de la batería y control de las instalaciones fotovoltaicas. Subsistema de distribución y consumo (Convertidor e inversor) Trasladar la electricidad producida a los equipos de consumo, adaptándola a las necesidades cuando sea necesario. 12 - 14% 10% TECNOLOGIAS FOTOVOLTAICAS Sistemas CPV PLANTA PV Generación distribuida Sistemas FV fijos y con seguimiento en uno y dos ejes 2,3 kWp/unit PLANTA PV Total Capacity: 730KW Completed Time: 2008-02 Location: - Korea PLANTA PV Total Capacity: 24MW Completed Time: 2008-02 Location: Almeria - Spain Sistemas energéticos acoplados (integración de sistemas) TECNOLOGÍAS ENERGÉTICAS: Ciclo combinado Rankine-Brayton Ciclo Rankine-Vapor/Agua caliente (Cogeneración). Ciclo Rankine-Desalación. Ciclo Rankine/Bayton con micro turbina-Enfriamiento. Celda de combustible-Enfriamiento. Sistemas híbridos de Energías Renovables. Sistema de CO-GENERACIÓN DE E. E. y agua caliente CO-GENERACIÓN DE E. E. Y AGUA DESTILADA DESTILACIÓN DE MULTIPLE EFECTO CO-GENERACIÓN MULTIGENERACIÓN O POLIGENERACIÓN Con CCP Micro-redes, una solución sustentable para un suministro energético integral a industrias alejadas de la red (Ejemplo, Industria Minera). Los núcleos rurales cuentan con recursos energéticos suficientes para autoabastecerse sin necesidad de recurrir a los combustibles fósiles. A/A y refrigeración Generación de vapor (calor de procesos Ind.) Tecnologías solares para aplicaciones térmicas (Sistemas solares térmicos ) Desalación de agua Secado y deshidratación Calentamiento de agua Cocción de alimentos Hornos solares TECNOLOGÍAS SOLARES TÉRMICAS: A/A y refrigeración Generación de vapor (calor de procesos Industrial) Desalación de agua. Secado y deshidratación. Calentamiento de agua. Hornos solares COLECTORES SOLARES CON CONCENTRACIÓN Concentradores de cilindro parabólico CCP (foco lineal). Concentradores parabólicos compuestos CPC (estacionarios o con seguidor solar). Concentradores Fresnel (reflector o refractor con foco puntual o lineal). Concentradores de Disco Parabólico (foco puntual). Concentradores de Torre Central. Concentrador Solar tipo Sheffler. Concentradores de globos de plásticos metalizados. Entre otros menos comunes TIPOS DE COLECTORES SOLARES TÉRMICOS CARACTERÍSTICAS DE TERMOCONVERSORES SOLARES DIFERENTES APLICACIONES DE LOS COLECTORES SOLARES TÉRMICOS ¿SON LAS TECNOLOGÍAS DE ENFRIAMIENTO SOLAR UNA ALTERNATIVA? DISPONIBILIDAD DEL RECURSO SOLAR Y NECESIDADES DE ENFRIAMIENTO COINCIDEN EN EL MISMO TIEMPO RADIACIÓN SOLAR ENFRIAMIENTO TECNOLOGIAS DE ENFRIAMIENTO SOLAR Enfriamiento solar 20°C °C 400 Rankine Absorción Calor 200 Adsorción Acondicionamiento de espacios Reacción química 15°C 8°C 150 Eyecto compresor Conservación 100 Desecantes 0 °C Termoelectrico Hielo Compresion de vapor - 10 °C Congelación Electricidad - 30 °C Enfriamiento solar Así se podrían ver los edificios de TELNOR en un futuro. solar-assisted air-conditioning system installed in CIESOL building APLICACIONES INDUSTRIALES DE LA ENERGÍA SOLAR TÉRMICA (51%) Más de la mitad de la energía requerida es menor a 150 oC, Generación de vapor de agua (171 a 316 oC) D/I Hornos solares en termomecánica (3000 oC). Detoxificación de residuos orgánicos tóxicos. Producción de hidrógeno (800 oC). Agua Caliente (50 a 100 oC) Secado y deshidratación (menor a 171 oC). Calentamiento directo de procesos (exceden a 316 oC). Climatización y refrigeración (50 a 220 oC) Fotocatalicis solar (desinfección de aire interior y tratamiento de emisiones gaseosas). Reflector Fresnel OPPORTUNITY Displace conventional natural gas boilers Industries include: Enhanced oil recovery & refining Chemical processing & refining Pulp and paper Food processing Desalination ADVANTAGES Reduce fuel consumption Reduce carbon emissions Protect against price volatility of natural gas Meet corporate sustainability goals INDUSTRIAL PROCESSES Ausra's solar steam generators can deploy quickly to provide process steam to your operations reliably and cost effectively. They integrate simply with conventional steam systems in retrofit and new plant designs. Our technology is a hedge against rising fuel and emissions costs and can provide an added financial benefit in upcoming carbon market scenarios. It's part of an integrated sustainability strategy for fuel and carbon market risk reduction, at competitive prices. CALENTAMIENTO DE PROCESOS INDUSTRIALES CON CCP MULTIGENERACIÓN O POLIGENERACIÓN Con CCP APLICACIONES VARIAS DE CILINDROS PARABÓLICOS CONCENTRADOR FOTOVOLTAICO APLICACIONES AGRICOLAS SECADO SOLAR Secado de granos (arroz, trigo, etc.) Secado de especies (pimienta, comino, etc.) Secado de frutas (mango, uvas, etc.) Secado de madera Secado de carnes Secado de harina Entre otros. SECADO Y DESHIDRATACIÓN SOLAR ES UN METODO PARA PRESERVAR ALIMENTOS EN ÁREA REMOTAS SECADO DE MADERA VARIOS MODELOS DE SECADORES SOLAR Invernaderos Solares en Oaxaca DESTILACIÓN SOLAR (agua potable) UNA EXCELENTE ALTERNATIVA PARA CIERTOS LUGARES DEL PAÍS DESALINIZACIÓN SOLAR DE AGUA (procesos a gran escala) ¿Como podría ser un sector industrial con tecnologías sustentables? SECTOR INDUSTRIAL DEL FUTURO con tecnologías limpias TECNOLOGÍAS ENERGÉTICAS y de producción sustentables (tecnologías limpias): Se tiene muchas alternativas de tecnologías sustentables emergentes. APLICACIONES DE LAS ER EN EDIFICACIONES (Sector comercial e industrial) CLIMATIZACIÓN (A/A y calefacción) AGUA CALIENTE (usos varios) ENERGÍA ELÉCTRICA CD Y CA ILUMINACIÓN BOMBEO DE AGUA COMBUSTIBLES CONSERVACIÓN DE ALIMENTOS PRODUCCIÓN DE AGUA POTABLE Requerimientos especiales TODAS ESTAS NECESIDADES PUEDEN SER CUBIERTAS CON ENERGÍA SOLAR TÉRMICA (edificación 100% SOLAR) PROPUESTA DE EDIFICACIONES SUSTENTABLE Y ENERGÉTICAMENTE AUTOSUFICIENTES Investigación aplicada y desarrollo tecnológico, Formación de recurso humano especializado y entrenamiento técnico Edificaciones Energéticamente Aire Sustentables Acondicionado Estufas Solares Solar Refrigerador Solar H2O Recuperación de agua Diseño de edificación con arquitectura de bajo consumo energético. Celdas de Combustible como una opción integradora El Ciclo de Hidrógeno Solar PROPUESTA PARA UN DESARROLLO SOSTENIBLE CICLO DE HIDROGENO RENOVABLE EL HIDROGENO ES UN PORTADOR DE ENERGÍA, NO UNA FUENTE DE ENERGÍA, Y DEBE SER PRODUCIDO. CAMBIO DE MODELO DEL SISTEMA ENERGETICO INDUSTRIAL (Generación eléctrica sustentable y puerteo de la energía) Sistema energético industrial del futuro Red de autoabastecimiento industrial «Seamos realistas, pidamos lo imposible……… porque quien únicamente lucha por lo posible, siempre se queda corto» En resumen: ¿Qué se debería hacer para tener un sector industrial sustentable en el futuro? Minimizar la demanda energética, consumiendo de manera responsable y eficaz, haciendo uso de técnicas adecuadas. Gestión de la demanda. Producir más eficaz y racionalmente, lo que implica el uso de una fuerte descentralización y de sistemas de energía total. Cogeneración. Acercar la generación al consumo, haciendo mínimo el transporte. Usar al máximo fuentes de energía que no modifiquen el equilibrio energético del planeta, es decir, maximizar el uso de las energías renovables. Minimizar la contaminación del entorno. Disminución de combustibles fósiles. Aprovechar el tiempo de que aún se dispone de fuentes convencionales de energía para desarrollar nuevos sistemas de producción y consumo, cada vez más optimizados en el sentido ya indicado. Hibridación. REFLEXION: Llegará una época en la que nuestros descendientes se asombrarán de que ignoráramos cosas que para ellos son tan claras… SÉNECA, Cuestiones Naturales ; libro 7, Siglo 1º “CUANDO ALGO ES URGENTE YA ES DEMASIADO TARDE” Talleyrand ENERGIAS RENOVABLES ANTE EL CAMBIO CLIMATICO CONCLUSIONES Definitivamente las FRE (Solar) representan una clara oportunidad para incrementar la competitividad y sustentabilidad de las industrias. EL SECTOR INDUSTRIAL NECESITA ESTABLECER UN ESQUEMA DE DESARROLLO SOSTENIBLE CON UN PROGRAMA ESTRATÉGICO DE TRANSICIÓN. Como una etapa inicial se requiere implementar medidas efectivas para EL AHORRO Y USO RACIONAL DE LA ENERGIA. Se debe incrementar a corto y mediano plazo LA PARTICIPACION DE LAS FUENTES RENOVABLES DE ENERGIA EN EL SECTOR INDUSTRIAL, existen las tecnologías para realizar la transición de una manera económica y segura. GRACIAS Gracias por su atención Dr. Nicolás Velázquez Limón Profesor-Investigador Jefe del Centro de Estudio de las Energías Renovables de Instituto de Ingeniería Universidad Autónoma de Baja California Dirección: Edif. Instituto de Ingeniería, UABC Campus Universitario Blvd. Benito Juárez y Calle de la Normal s/n Col. Insurgentes Este 21280, Mexicali, B. C., México Tel/Fax (686) 5664150 Dirección Postal en USA: Po Box 3439 Calexico, California, 99232 USA E-Mail: [email protected] http://ceener.mxl.uabc.mx Octubre 2010