Optimización de parámetros de diseño de una planta solar de concentración para generación eléctrica considerando distintos escenarios de despacho

Abstract

Chile tiene un elevado potencial para el desarrollo de la energía solar en su territorio, debido a los altos niveles de radiación en el norte del país. La energía solar fotovoltaica, que utiliza semiconductores y la energía solar de concentración, que utiliza espejos o lentes son las dos grandes tecnologías que se han desarrollado en el país. Sin embargo, mientras la tecnología solar fotovoltaica ha sido ampliamente utilizada tanto a nivel industrial como residencial, la tecnología solar de concentración ha tenido una penetración bastante más lenta. Se esgrime generalmente que la razón de la lenta entrada de esta tecnología es que es intensiva en costos de instalación, lo que la hace menos competitiva frente a la, bastante menos costosa, solar fotovoltaica. No obstante, la alta radiación en el país aprovechable por la tecnología solar de concentración y su capacidad de trabajar con almacenamiento térmico de energía la hacen atractiva como fuente alternativa de energía. En este trabajo de título se analizan las configuraciones de variables de diseño como el múltiplo solar y las horas de almacenamiento de energía térmica tales que puedan producir un máximo de los ingresos de una planta generadora de energía eléctrica de tipo solar de concentración de torre solar. Este análisis se realiza dentro del contexto del mercado eléctrico chileno, luego, se realiza el estudio en el marco de tres escenarios de despacho de energía eléctrica: despacho constante, según curva de demanda y según peaks de demanda y se utilizan proyecciones de costos marginales a largo plazo, para considerar sus fluctuaciones. Para realizar este análisis, se desarrollan los modelos matemáticos que representan los escenarios de despacho, para ingresarlos como datos de entrada al software System Advisor Model, en donde se simula el comportamiento de la planta. Luego, se desarrolla el modelo de optimización de maximización de ingresos para finalizar calculando el valor actual neto y la tasa interna de retorno como indicadores de rentabilidad, y el costo nivelado de energía como indicador de competitividad económica. Los resultados muestran que existen fuertes diferencias en rentabilidad entre los tres tipos de despacho, siendo el escenario según curva de demanda el que presenta la mayor rentabilidad. Dado que esta modalidad de despacho permite que se inyecte energía a la red de forma selectiva, se puede forzar a la planta a operar a toda su capacidad en las horas donde existe mayor demanda y por lo tanto donde la energía inyectada puede venderse a un mayor precio. No obstante este resultado, este escenario no presenta el menor LCOE, siendo el escenario de despacho constante el que presenta el menor valor de este indicador, debido a que en este escenario es donde se presenta la mayor cantidad de energía generada en un año.