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ENERGÍA SOLAR EN PROCESOS INDUSTRIALES
6 de Noviembre, 2015
Food Process Expo 2015
FRAUNHOFER CHILE RESEARCH (FCR)CENTER FOR SOLAR ENERGY TECHNOLOGY (CSET)
Clare Murray
Contenido
• Organización de FCR – CSET
• Potencial solar térmico para la industria
• Recurso solar en Chile
• Calor solar
– Industria de lácteos y Carnes
• Refrigeración solar
– Caso Viña Miguel Torres
• Tratamiento de Agua
• Opciones para integración
• Conclusiones
Fraunhofer Chile CSET3 Líneas de Investigación
Generación deElectricidad
Solar
Tratamiento deAgua Solar
Calor Solar paraLa Industria
− Medición de recurso solar− Tecnologías de concentración
CPV y CSP− Sistemas No conectados a la
Red y Conectados a la Red− Integración de ERNC a Redes
− Medición de recurso solar− Tecnologías de concentración
CPV y CSP− Sistemas No conectados a la
Red y Conectados a la Red− Integración de ERNC a Redes
− Calor para procesosindustriales en minería,alimentos, otros
− Refrigeración solar paraindustria de alimentos
− Poligeneración Solar (calor,frío, energía eléctrica, agua)
− Calor para procesosindustriales en minería,alimentos, otros
− Refrigeración solar paraindustria de alimentos
− Poligeneración Solar (calor,frío, energía eléctrica, agua)
− Descontaminación de agua− Purificación de Agua− Desalinización de Agua− Tratamiento de aguas
industriales
− Descontaminación de agua− Purificación de Agua− Desalinización de Agua− Tratamiento de aguas
industriales
Contexto energético Chileno
• Los combustibles fósiles constituyen el 74% del consumo de energía primaria y el 66% de la matriz eléctrica.
• Chile no produce ninguno de estos recursos, el país es un importador energético.
• Esta dependencia genera una debilidad para el país– Volatilidad de precios
– Riesgos en el suministro
Potencial del Mercado
• La mitad del consumo energético de Europa es para uso térmico o de refrigeración
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Fuente: EREC 2006
Demanda energética para sectores industrialesEcoheatcool
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Demanda de calor industrial en Chile
Fuente: AppSol, Energía Solar térmica para la industria. Aiguasol (2015)
Recurso solar
Recurso solar en Chile Annual DNIkWh/m2 day
Annual GHIkWh/m2 day
El recurso solar es apto para cualquier aplicación solar:
� PV� Agua caliente
sanitaria� CSP� Entre otras
tecnologías
Fuente: Escobar et al. “Solar Energy Resource Assessment In Chile: Satellite Estimation And Ground Station Measurements”
• Modelo satelitaltransferido por INPE
Calor Solar
• Componentes para 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
Industria Láctea: Megval, Grecia
• Aplicación: Equipos de limpieza y pre-calentamiento del agua de alimentación de la caldera.
• Rango de temperatura: Limpieza de equipos: 20-80oC, Otros procesos: 20-130oC.
• Operación: 24 horas al día, 7 días a la semana, 120-150 m3/día.
• Área de colección: 727 m2, colectores planos y CPC.
• Inversión total: 130000 €.
• Promedio anual de ahorro de energía: 900 MWht.
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Industria de la Carne: Fleischwaren Berger, Austria
• Aplicación: Equipos de limpieza y pre-calentamiento del agua de alimentación de la caldera.
• Rango de temperatura: Precalentamiento hasta 95oC y limpieza hasta 65oC.
• Área de colección: 1067 m2, colectores planos.
• Volumen de almacenamiento: 60 m3.
• Reducción del consumo de petróleo de hasta 56000 litros por año.
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Refrigeración Solar
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Fuente: Solar Cooling in Brazil, Fraunhofer ISEFuente: 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
sistemas de cogeneración y/o poligeneración
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.
• Chiller en Verano para el proceso de
fermentación
• Bomba de calor en Invierno para el
proceso de maceración
Planta Piloto: Características Técnicas
• Chiller de Absorción: • Campo Solar– Área: 80m2
– Fabricante: Bosch
– Modelo:FCC-1SChilledwater
Potencia [kW] 17.6
Temperatura entrada [°C] 12.5
Temperatura salida [°C] 7
Flujo [l/s] 0.77
Coolingwater
Potencia [kW] 42.7
Temperatura entrada [°C] 31
Temperatura salida [°C] 35
Flujo [l/s] 2.55
Heat medium
Potencia [kW] 25.1
Temperatura entrada [°C] 88
Temperatura salida [°C] 83
Flujo [l/s] 1.2
Pump Potencia [W] 48
Resultados Planta Piloto: Energía Desplazada
Resultados Planta Piloto
• Fracción de solar
– Verano: 48%
– Invierno: 35%
• Tareas futuras para escalar
– Demanda ajustado
– Sistema de control
– Efectos del clima
• Monitoreo: 1 año
Opciones de tratamiento de agua con energía solar
• Alternativas tecnológicas para la utilización de energía solar como Fuente energética principal en tratamiento de agua
Destilación por membranas
• El proceso térmico por membranas permite separar agua de soluciones acuosas usando la presión de vapor como . Una membrana hidrofóbica retiene la solución acuosa previamente calentada, pero resulta permeable al vapor y condensa agua destilada
• Las condiciones de operación típicas son cercanas a 80oC, a presión ambiente
• El uso de energía solar permite consolidar una Fuente segura y confiable de agua para consumo o para procesos.
• Los sistemas (pilotos) son de baja mantención y operan eficientemente
Integración del Sistema
Opciones de instalación
Fuente: SolarThermalWorld.org 2015
Conclusiones
• Recurso Solar privilegiado, aún en la zona centro sur
• Integración depende de las condiciones locales
• Tecnologías solares están disponibles y maduras:
– Generación de electricidad
– Suministro de de calor (o ambas � cogeneración)
– Producción de Frío
– Tratamiento de aguas
• Aplicaciones de calor de procesos y refrigeración solar son de gran interés para la industria de alimentación en Chile.
Muchas Gracias
Clare Murray Investigadora
Calor Solar para Procesos
Center for Solar Energy TechnologyFraunhofer Chile [email protected]
www.fraunhofer.cl
Expo Food Process 20156 de Noviembre de 2015