Concentrating Solar Thermal Systems for Generating Electricity.pdf

Organización Latinoamericana de Energía
Viceministerio de Minas y Energía, Ministerio de Obras
Públicas de Paraguay
1er Taller Regional de Electricidad
Perspectivas de la Utilización de Energías renovables
Sistemas Termosolares a Concentración para Generación de
Electricidad
Carlos Ramos
cramos@iie.org.mx
Gerencia de Energías No Convencionales
Instituto de Investigaciones Eléctricas, México
Asunción, Paraguay, Mayo, 2010
Qué son las Tecnologías Termosolares a Concentración ?
ƒ Los sistemas de energía solar térmica a concentración
producen calor o electricidad mediante el uso de espejos
que concentran los rayos del sol a temperaturas que
oscilan entre los 400 y 1000 ºC
ƒ Las centrales solares pueden integrarse con
almacenamiento o en operación híbrida con otros
combustibles
ƒEn la actualidad estas centrales pueden tener potencias
desde 30 MW hasta por encima de los 100 MW
Porqué Utilizarlas ?
ƒ La energía solar térmica a concentración es una forma
viable de generar electricidad
ƒ Esta tecnología no contribuye al cambio climático y su
fuente es inagotable
ƒ Técnicamente madura para crecer en su aplicación en
forma exponencial (franja solar)
ƒSustitución y desplazamiento de combustibles fósiles
ƒ Otras aplicaciones importantes (calor de proceso,
desalación de agua, química solar)
Tecnología de Receptor Central
• Colector (Helióstatos)
• Receptor (Cavidad o
externo)
• Almacenamiento
• Unidad de Generación
Eléctrica
• Unidad de Control
Automático
Tecnología de Canal Parabólica
• Colector - Receptor
• Almacenamiento
• Unidad de
Generación Eléctrica
• Unidad de Control
Automático
Tecnología de Plato Parabólico
• Colector (concentrador)
• Receptor (motor Stirling)
• Estructura y mecanismos de
direccionamiento
• Unidad de Generación Eléctrica
• Unidad de Control Automático
Tecnología Fresnel
Plantas Termosolares a Concentración para
Generación de Electricidad
Campo Solar
Integrado a
Ciclos Rankine
Campo Solar
Integrado a
Ciclos Combinados
(Integrated Solar
Combined Cycle,
ISCC)
Fuente: Michael Geyer, SolarPACES Implementing Agreement
Plantas Termosolares a Concentración
Potencia Despachable
Canal Parabólica:
ƒ Comercial
ƒ Instalaciones a escala industrial
Receptor Central:
ƒ Pre-Comercial
ƒ Instalaciones a escala piloto y
escala industrial
ƒ Plantas de hasta 200 MW o varias
plantas
ƒ Eficiencias moderadas (Solareléctrica)
ƒ Con
almacenamiento
podrían
obtenerse factores de planta por
arriba del 70%
Plantas Termosolares a Concentración
Potencia No-Despachable
Plato Parabólico:
ƒ Pre-comercial
ƒ Instalaciones a nivel
de planta piloto
ƒ Modulares(10-25 kWe)
ƒ Generación distribuida
ƒ Alta eficiencia
ƒ Integración
para
conformar plantas a
gran escala
Plantas Termosolares a Concentración
en operación (Canal Parabólica)
Solar Energy Generating Systems
(SEGS I-IX), Kramer Junction, Dagget
y Harper Lake, CA., 9 plantas
totalizando 354 MWe
Arizona 1 MW
Nevada Solar One 64 MW
Plantas Termosolares a Concentración
en operación (Canal Parabólica)
Andasol 1
• 50 MW
• Almacenamiento
(7.5 h)
• Sales fundidas
Plantas Termosolares a Concentración
en operación (Receptor Central)
PS10:
ƒ 10 MW
ƒ 624 heliostatos
ƒ Torre de 120 m de
altura
ƒ Receptor cavidad
Plantas Termosolares a Concentración
en operación (Receptor Central)
PS20:
ƒ 20 MW
ƒ 1255 heliostatos
(120 m2)
ƒ Torre de 165 m de
altura
ƒ Receptor cavidad
Plantas Termosolares a Concentración
Volumen de Mercado Mundial
(al 2009 en MW)
Paí
País
En operació
operación
En construcció
construcción
Propuestas
Total
Españ
España
132
1417
12682
14231
EUA
424
6987
7411
220
220
140
165
100
100
Israel
Argelia
25
Sudá
Sudáfrica
China
50
50
Grecia
50
50
México
31 ?
31
Egipto
25
25
20
26
Italia
5
5
Australia
2
2
Marruecos
6
Alemania
2
TOTAL
564
2
1544
20210
22318
Plantas Termosolares a Concentración
Costos actuales y proyectados
Costos de Inversión (US$/kWe)
Año
Tecnologías
Plato
Parabólico
Actual
Canal
Parabólico
Receptor
Central
2800-3500
(30-200 MWe)
Próximos 5
años
6500
(9-10 kWe)
1750-2100
(200 MWe)
2800-3700
(30-100 MWe)
Próximos 10
años
1200-2000
(25 kWe)
1600-1800
(200 MWe)
1200-1500
(170 MWe)
Costos nivelados de generación (US cents/kWhe)
Año
Tecnologías
Plato
Parabólico
Actual
Canal
Parabólico
Receptor
Central
10-17
Próximos 5
años
15-32
8-10
12-14
Próximos 10
años
9-18
6-8
4.6-6.5
Alternativas No Fósiles para el Sector Energético de ALyC
ƒ Hidroeléctrica
ƒ Geotermia
ƒ Nuclear
ƒ Renovables No Convencionales
¾ Solar
¾ Eólica
¾ Biomasa
¾ Pequeña Hidro
¾ Océanica
Base Tecnológica Entorno Munidal
ƒ Energía Solar Térmica
Tendencias tecnológicas:
ƒ Proyectos pilotos de CC con CP
ƒ Desarrollo de nuevos ciclos
para RC
ƒ Identificación de nichos de
aplicación
Costos estimados:
ƒ Instalación: 3500-? US$/kW
ƒGeneración: actual 11-15
US¢/kWh, proyectado al 2020 4-5
US¢/kWh
Capacidad instalada:
ƒ al 2009: 564 MW
Entorno Mundial Esquemas de Promoción
ƒ Portafolio renovable
ƒ Compra obligatoria
ƒ Bonos a productores
ƒ “Precio verde”
ƒ Información ambiental abierta
ƒ Políticas para extensión de líneas
ƒ Planeación integrada de recursos
Condiciones del Entorno en México y ALyC ?
ƒ Recursos energéticos disponibles: no suficientemente
explorados ni caracterizados
ƒ Tecnologías: arsenal local limitado; disponibles en entorno
internacional
ƒ Nichos regionales de posibles aplicaciones rentables:
electrificación rural, generación distribuida, pequeña
generación, repotenciación
ƒ Marco legal limitativo, en evolución
ƒ Marco programático incipiente
Posibilidades en Mexico
ƒ Energía Solar Térmica
ƒ Más de 3500 MW explotables
ƒ Subvención GEF para una planta de
CC con CP (50 millones US$)
ƒ Repotenciación
ƒ Proyectos varios de desarrollo
tecnológico (RC, CP, PP)
Escenario
Bajo un escenario moderado países con recurso
solar podrían:
ƒ Generar una inversión de 8500 millones de USD en
2015 y unos 70000 millones de USD para el 2050
ƒCrear más de 200000 empleos para 2020 y poco
más de un millón en 2050
ƒAhorrar 148 millones de toneladas de CO2 anuales
en 2020 que llegarían a poco más de 2000 millones
para 2050
Conclusiones
ƒ Las TSC ofrecen buenas oportunidades para la expansión del
sistema eléctrico y en otros sectores (industrial, residencial)
ƒPaíses con abundantes recursos energéticos alternos que no están
siendo explotados, ni considerados en los planes de expansión de los
diferentes sectores
ƒ Para revertir esta situación es necesario instrumentar planes y
programas en ES, orientados a:
¾ Mejorar el conocimiento cuantitativo y cualitativo de los recursos
¾ Incrementar el número de recursos humanos calificados en el tema
¾Asimilar la tecnología y transferirla a la industria nacional
¾Desarrollar nuevas tecnologías destinadas al mercado
ƒ Además es necesario adecuar el marco regulatorio, a fin de que la
ES tenga igualdad de oportunidades en los programas de creación de
infraestructura eléctrica.
In
st
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El
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Gracias......