Estado del Arte y Evaluación Técnica de la Generación Termosolar de Electricidad

Abstract

La aplicación directa de la energía solar para la generación de electricidad se puede realizar a través de sistemas de concentración termal, compuestos por tres sub-sistemas; uno colector y concentrador de energía radiante, uno receptor de ésta que la transforma en energía térmica y un sistema de conversión de potencia, que genera electricidad. El objetivo principal del trabajo fue el de aportar elementos cuantitativos para futuros diseños de este tipo de sistemas en Chile, al realizar un estado del arte de la tecnología y una evaluación técnica de una planta de generación termosolar de electricidad, además de la estimación de la inversión que ésta requiere. Existen diversos sistemas termosolares de concentración, que se clasifican de acuerdo al seguimiento solar que realizan, o la temperatura que alcanzan en su concentración. Dentro de los sistemas de seguimiento solar en un eje y de temperatura media (~400°C), están los colectores cilindro-parabólicos, los reflectores lineales Fresnel y los reflectores lineales compactos Fresnel. Entre las tecnologías de seguimiento solar en dos ejes y temperatura alta (sobre 800 °C) se encuentran los discos paraboidale s, los sistemas de receptor central y los sistemas de receptores centrales distribuidos. Entre las tecnologías de baja temperatura (~100°C), destacan las chimeneas solares. En este trabajo se evaluó una planta de colectores cilindro-parabólicos, por ser la tecnología más desarrollada, para el norte de Chile. Para esto, se escogió la ciudad de Calama como posible localización por sus altos índices de radiación solar y favorables condiciones para la distribución de la energía generada. La planta evaluada posee un conducto, ubicado en el punto focal de la parábola, por donde circula un fluido térmico como sistema receptor y una turbina de vapor como sistema de conversión de potencia. La planta posee 60 colectores, con un área de captación total de 32.700 [m2 ] y un funcionamiento de 4.745 horas al año para una generación anual de 16,8 [GWh]. La generación máxima diaria no supera los 9 [MWh] para aprovechar la exención de pago de peaje de distribución fijada por la ley 19.940, que regula el sistema eléctrico en Chile. Una estimación preliminar de la inversión a realizar arroja que es necesario invertir aproximadamente 1.900 [US$/kW instalado], considerando los equipos e insumos principales. Este valor se obtuvo utilizando información basada en estudios internacionales, realizando cotizaciones nacionales de los espejos a utilizar y modificando el diseño del receptor para reducir costos con respecto a valores internacionales. Además, se evaluaron los posibles ingresos adicionales al proyecto producto de la venta de bonos de carbono. De acuerdo con los resultados obtenidos, se recomienda complementar el presente trabajo con un estudio similar de pre-factibilidad técnica y económica que permita determinar de manera más precisa los costos y el valor final de la energía producida.