Introducción de la energía solar térmica para reemplazar el uso de combustibles fósiles en procesos industriales en Chile

Abstract

El calentamiento global es unos de los problemas más importantes en la actualidad. Cada vez es mayor el interés dar una solución a este problema que aqueja a toda la población y los ecosistemas que conviven en el planeta. Nace de aquella necesidad la motivación de analizar el impacto de los sistemas solares térmicos (SST) como medida de mitigación de gases de efecto invernadero a nivel nacional. En este sentido, el objetivo general de este trabajo de memoria es realizar una evaluación técnica y económica de la introducción de la tecnología termosolar, para así reemplazar el uso de combustibles fósiles en los distintos procesos industriales con requerimiento de calor. Para realizar esta evaluación se desarrolla un modelo matemático para caracterizar los distintos tipos de tecnologías. El modelo que se desarrolla se encuentra configurado para recibir ciertos parámetros, procesarlos y entregar los resultados de factibilidad técnica-económica. Entre los principales parámetros de entrada del modelo, destacan la demanda de calor y la distribución geográfica de cada industria a lo largo del país. La demanda de calor es caracterizada a través de un perfil de resolución horaria bajo el supuesto de trabajo de 12 horas diarias desde las 07:00 hasta las 18:59 durante los 365 días del año operando a potencial nominal térmica promedio. El modelo permite determinar cuál es la tecnología solar térmica más costo-efectiva que para satisfacer la demanda de calor de la industria. En concreto, se analizan 4 tecnologías: las tecnologías de colectores de placa plana (FPC), colectores de tubos de vacío (ETC), colectores cilindro parabólicos (PTC), colectores lineales de Fresnel (LFC)). Los parámetros económicos LCoH y los costos de abatimiento. El modelo el cual se desarrolla se utiliza para evaluar la introducción de SST en cuatro industrias con mayor consumo térmico del país (cobre, papel y celulosa, pesca y cemento). En la industria del cobre la tecnología óptima a utilizar resulta ser la PTC, seguida de la FPC con resultados positivos para su implementación de sistemas sin almacenamiento. En la industria de la celulosa la tecnología PTC obtuvo los mejores resultados debido a su buena eficiencia y bajos costos comparativos en temperaturas de operación cercanas a los 150°C. La industria pesquera es la que presenta una mayor distribución a lo largo del país, siendo en las regiones del norte la tecnología PTC la de mejor rendimiento costo-eficiente y en la zona sur la tecnología FPC debido al menor recurso solar en especial de radiación directa normal, que disminuye la producción de calor en colectores concentrados. La industria del cemento presenta altas temperaturas de operación entre los 400°C y los 1550°C, debido a aquello las tecnologías PTC y LFC son las que presentan mejores características técnicas para operar con temperaturas cercanas a los 400°C a través de un sistema de integración de precalentamiento de máquina térmica para su implementación. Con los datos que se obtienen se logra obtener las siguientes conclusiones sobre la introducción de tecnologías solares térmicas. La zona norte presenta un gran potencial debido a su gran recurso solar y sus condiciones climáticas, en especial para la tecnología PTC al ser un colector concentrado que trabaja con radiación directa normal. En la zona centro, si bien el recurso solar decrece, sigue manteniendo costos de abatimiento negativos o muy bajos respecto al gas natural, destacándose las tecnologías PTC y FPC. Mientras que en la zona sur se incrementan las áreas de concentración, por ende, son mayores los costos para su implementación.