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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
AntecedentesArquímedes
AntecedentesA. Mouchot
1880
En Alemania en 1907 se patentó el primer diseño de un colector
de canal parabólico, Dr. Wilhelm Maier y Adolf Remshardt.
Antecedentes
¿Qué es una Planta Termosolar?
Sistemas de ESTC
Canal Parabólico (CCP)
CARACTERÍSTICAS:Estos sistemas suelen trabajar a temperaturas deentre (100 y 400)°C.
“Alvarado I” (ACCIONA)50 MW28000 hogares236 millones de euros98000 t de CO2
130 ha184,320 espejos76.8 km
Concentradores de Fresnel
La tecnología Fresnel utiliza reflectores planos, simulando un espejo curvo por variación delángulo ajustable de cada fila individual de espejos, en relación con el absorbedor. Losreflectores se construyen con espejos de vidrio normales, por lo tanto su materia prima esmuy barata.
Están constituidos por cientos o miles de espejos conseguimiento en dos ejes (helióstatos) que reflejan laradiación solar sobre una región focal que se sitúa auna altura suficiente para evitar sombreamientos entrehelióstatos cercanos.
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.
PS10 y PS20 (Abengoa Solar)
La PS10 11 MW624 heliostatosLa torre mide 115 m de alturaEl receptor tiene 4 paneles de (5.5 x 12) m5500 hogares6 700 t de CO2
La PS2020 MW1 255 heliostatos165 metros de altura 10 000 hogares12 000 t de CO2
Discos Parabólicos (Dish-Stirling)
Están diseñados con espejos parabólicos y un motor de combustiónexterna Stirling. El funcionamiento consiste en el calentamiento de unfluido localizado en el receptor hasta una temperatura de aprox. 750 °C. Elmotor transfiere su energía mecánica a un generador eléctrico que ha sidoacoplado al mismo conjunto.
Lo constituyen un sistema óptico compuesto por un helióstato con seguimiento del Sol que refleja la radiación solar a un espejoconcentrador. Debido a que la zona focal del espejo concentrador está fija, es sencillo instalar aparatos experimentales o deaplicación. El nivel de potencia del Horno es ajustado usando un atenuador, que trabaja como una persiana veneciana, y estálocalizado ente el helióstato y el concentrador.
Un Horno Solar es un sistema de altaconcentración que provee unaatmósfera y espacio de trabajoadecuados, en donde la radiación deenergía para calentamiento puede sercontrolada con precisión y modificadacon rapidez. Un Horno solar esbásicamente un instrumento deinvestigación científica.
Horno Solar
Los hornos solares cubren un amplio espectro de aplicaciones, por ejemplo:
•Procesamiento y manufactura demateriales avanzados: cerámicasmetalizadas para componenteselectrónicas, fulerenos y nanotubos.•Determinación de propiedadestermofísicas bajo luz solarconcentrada, incluyendo expansióntérmica, conductividad y difusividadtérmicas, calor específico,propiedades mecánicas, yemisividad y emitancia espectral.•Determinación del funcionamientoy los límites de falla de materialescerámicos y refractarios.
•Envejecimiento acelerado de materiales por UV.•Desarrollo de receptores para la tecnología deplantas de generación de potencia termosolar.•Descomposición térmica y termoquímica del aguapara la producción de Hidrogeno.•Simulación de efectos térmicos en presencia deflujo 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.
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 AndaSol-1
Potencia (MW) 50
Almacenamiento Si
Hibridación No
Área de captación (m2) 512 120
Colector implementado SKAL-ET
Año de operación 2008
Terreno (ha) 195
Puertollano
Planta Puertollano
Potencia (MW) 50
Almacenamiento No
Hibridación No
Área de captación (m2) 287 760
Colector implementado Eurotrough-150
Año de operación 2009
Terreno (ha) 135
Planta SEGS-
I
SEGS-
II
SEGS-III y
IV
SEGS-
V
Potencia (MW) 13.8 30 30 30
Almacenamiento Si No No No
Hibridación Si Si Si Si
Área de captación (m2) 82 969 190 338 203 980 250 560
Colector implementado LS-1 LS-1 LS-2 LS-3
Año de operación 1984 1895 1987 1988
Terreno (ha) - - - -
Planta SEGS-
VI
SEGS-
VII
SEGS-
VIII
SEGS-
IX
Potencia (MW) 30 30 80 80
Almacenamiento No No No No
Hibridación Si Si Si Si
Área de captación (m2) 188 000 194 280 464 340 483 960
Colector implementado LS-3 LS-3 LS-3 LS-3
Año de operación 1988 1989 1990 1991
Terreno (ha) - - - -
SEGS
Nevada Solar One
Planta NSO
Potencia (MW) 64
Almacenamiento Si
Hibridación Si
Área de captación (m2) 357 200
Colector implementado Solargenix
Año de operación 2007
Terreno (ha) 162
Alvarado-I
Planta Alvarado I
Potencia (MW) 50
Almacenamiento No
Hibridación No
Área de captación (m2) 372 240
Colector implementado
Año de operación 2009
Terreno (ha) 130
SolNova 1
Planta AndaSol-1
Potencia (MW) 50
Almacenamiento Si
Hibridación No
Área de captación (m2) 512 120
Colector implementado SKAL-ET
Año de operación 2008
Terreno (ha) 195
PS10
Planta PS10
Potencia (MW) 11
Número de helióstatos 624
Altura de la torre (m) 114
Empresa que la opera Abengoa
Año de operación 2007
PS20
Planta PS20
Potencia (MW) 20
Número de helióstatos 1 255
Altura de la torre (m) 165
Empresa que la opera Abengoa
Año de operación 2009
Gemasolar
Planta Gemasolar
Potencia (MW) 20
Número de helióstatos 2 650
Altura de la torre (m) 140
Empresa que la opera Gemasolar
Sistema de almacenamiento Si
Año de operación 2010
Aznalcollar TH
Planta Aznalcollar
Potencia (MW) 0.08
Número de discos 8
Manzanares
Planta Gemasolar
Potencia (MW) 0.05
Número de turbinas -
Altura de la torre (m) 180
Empresa que la opera
Schlaich
Bergermann
und Partners
Sistema de almacenamiento No
Año de operación 1982
EnviroMission
Planta Gemasolar
Potencia (MW) 200
Número de turbinas 32
Altura de la torre (m) 1 000
Empresa que la opera EnviroMission
Sistema de almacenamiento Si
Año de operación -
Central de Ciclo Combinado Agua Prieta II, 464.4 MW, Campo Solar de 12 MW
Elecnor y Sener, 194 millones de euros, mayo 2013.
México en la Actualidad