solar energy for industrial heating and … · requerimientos de calor en procesos mineros: sx-ew...

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SOLAR ENERGY FOR

INDUSTRIAL HEATING AND COOLING

José Miguel Cardemil

Fraunhofer Chile Research – Center for Solar Energy Technology

FCR-CSET

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2

Contenido

Organización de FCR – CSET

Potencial solar térmico para la industria

Recurso solar en Chile

Calor solar

Caso de Faenas Mineras

Refrigeración solar

Caso Viña Miguel Torres

Conclusiones

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3

Fraunhofer Chile CSET

3 Líneas de Investigación

Solar Power

Generation

Solar Water

Treatment

Solar Process

Heat

Resource

assessment

Concentrator

technologies

On-grid and off-grid

systems

Process heat for

mining and food

industries

Solar cooling for

food industries

Solar

Polygeneration

Water detoxification

Water sanitization

Solar Desalination

Industrial water

treatment

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4

Calor Solar

Source: IEA SHC - Solar Heat Worldwide Edition 2014

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5

Potencial del Mercado

5

Source: EREC 2006

La mitad del consumo energético de Europaes para uso térmico o de refrigeración

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6

Distribución del calor por tipo en EuropaRHC Visión común

6

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7

Demanda energética para sectores industrialesEcoheatcool

7

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8

Contexto energético Chileno

Los combustibles fósiles constituyen el 74% del consumo de

energía primaria y el 64% de la matriz eléctrica.

Chile no produce ninguno de estos recursos, el país es un

importador energético.

Esta dependencia genera una debilidad del país

Volatilidad de precios

Riesgos en el suministro

34,1%

19,0%20,5%

6,2%

20,0%

0,1%OIL

NATURALGASCOAL

HYDRO

BIOMASS

Primary Energy Consumption

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9

Demanda de calor industrial

Fuente: AppSol, Energía Solar térmica para la industria. Aiguasol (2015)

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10



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11



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12

Recurso solar en Chile Annual DNI

kWh/m2

day

Annual

GHI

kWh/m2

day

El recurso solar es

apto para cualquier

aplicación solar:

PV

Agua caliente

sanitaria

CSP

Entre otras

tecnologías

Source: Escobar et al. “Solar Energy Resource

Assessment In Chile: Satellite Estimation And

Ground Station Measurements”

• Modelo satelital transferido por INPE

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13

Recurso solar en Chile

kWh/m2Promedio anual para el

total diario de irradiación

sobre un plano inclinado

en un ángulo igual a la

latitud local.

metros

sobre el

nivel del

mar

Altitud

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Aplicaciones Solares Térmicas

Aproximadamente 6400m2 de colectores solares instalados en Chile

Sistema:

Vivienda unifamiliar (4 personas)

Demanda igual a 300 l. de agua

Capacidad de almacenamiento igual a la demanda diaria

Temperatura de consumo igual a 40°C

Dos Tecnologías

Colectores Planos

Tubos evacuados

Evaluación del rendimiento en términos de la fracción solar:

𝐹 =

𝑖=1

12𝑓𝑖𝐿𝑖𝐿𝑖

H.P. → High Performance

L.P. → Low Performance

Fuente: catálogo SPF2011

Flat Plate Evacuated

Tube

Parameters H. P. L.P H.P. L.P.

FR() 0.789 0.734 0.79 0.68

FRUL 4.360 5.250 1.58 2.94

K 0.954 0.855 0.95 0.94

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15

Aplicaciones Solares Térmicas

Flat Plate Collector Solar

High Performance Low Performance Fraction

Evacuated Tube Collector Solar

High Performance Low Performance Fraction

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Calor Solar

Componentes ara 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

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17

Te

mp

era

tura

de

op

era

ció

n[°

C]

1000

100

Tamaño de Planta [MWth]

1001010,10,01

SHC

CSP

Process

Heat

Tecnologías Solares Térmicas

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18

Faenas MinerasUbicación de faenas

mineras en Chile

(www.consejominero.cl, 2007)

Promedio anual, total

diario DNI

kWh/m2

(Atlas Solar de Chile, 2013)

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19

Requerimientos de calor en procesos mineros: SX-EW

1.

Extracción

del mineral

2.

Chancado

4.

Obtención

por solvente

3.

Lixiviación

por pilas

5. Electro-

obtención

Adición

de calor

Óxidos de cobre → Hidrometalurgia / SX-EW

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Planta solar en Minera Centinela (ex - El Tesoro)

Potencia: 12 MWth

DNI anual en la zona: ~3600 kWh/ m2

Fluido de trabajo: Agua presurizada a 13 bar

Área de apertura de campos de colectores: 16896 m2

Módulos de colectores: Abengoa PT-1 (13,2 m2, 1280 unidades)

Almacenamiento: 3 tanques con agua de 100 m3 cada uno

(53 MWh)

Temperatura a la salida de la planta: 85°C

Desplazamiento diesel: 3313 m3 /año (original: 6781 m3 /año)

Inicio de operación: noviembre de 2012

Colectores

Cilindro-Parabólicos

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Esquema Planta

Termosolar de El Tesoro

Fuente: Diario La Tercera 30 julio 2011

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Radiación Solar

Incidente

DNI 60930 MWh-t

Ángulo

de

incidenci

a

12,9%

Disponibil

idad del

campo

solar

1%

Eficiencia

óptica del

campo

solar

41,8%

Pérdidas

térmicas

del

receptor

7,3%

Pérdidas

térmicas

en tuberías

9,5%

Rechazo de

exceso de calor

(desenfoque)

1,3%

Energía térmica

entregada por la

Planta Solar

24845 MWh-t

Pérdidas térmicas

en estanques

1,7%


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25

Refrigeración Solar

Octu

bre

/2014

Jorn

ada d

e E

stu

dio

-

J.M

. C

ard

em

il

25Fuente: Solar Cooling in Brazil, Fraunhofer ISE

Fuente: 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

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26

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.

Octu

bre

/

2014

Jorn

ada d

e

Estu

dio

-

J.M

.

26

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28

Características Técnicas

Chiller de Absorción Campo Solar

Área: 80m2

Fabricante: Bosch

Modelo:FCC-1S

Chilled

water

Potencia [kW] 17.

6

Temperatura entrada

[°C]

12.

5

Temperatura salida [°C] 7

Flujo [l/s] 0.7

7

Cooling

water

Potencia [kW] 42.

7

Temperatura entrada

[°C]

31


Flujo [l/s] 2.5

5

Heat

medium

Potencia [kW] 25.

1

Temperatura entrada

[°C]

88


Flujo [l/s] 1.2

Pump Potencia [W] 48

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29

Resultados preliminares

Fracción Solar

Verano: 48%

Invierno: 35%

Aporte energético

sistema

Verano: 48%

Invierno: 57%

Ajustes para escalar los

resultados:

Determinación ajustada de la

demanda

Sistemas de control

Efectos meteorológicos

Monitoreo : 1 Año

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31

Conclusiones

Fraunhofer Chile CSET esta operativo y ofrece apoyo con el diseño,

ingeniería, monitoreo, control de calidad, ...

para Sistemas de Energía Solar (térmica y eléctrica)

Tecnologías solares están disponibles y madura: para la generación de

electricidad y generación de calor (o ambas co-generación)

Aplicaciones de calor de procesos y refrigeración solar son de gran interés

para varias industrias en Chile.

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INDUSTRIAL HEATING AND COOLING

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