Sistema termosolar de torre central

Presenta: Dr. Jesús Fernando Hinojosa Palafox

Niveles de Temperatura de las Tecnologías de Concentración

1500 °C

1000 °C

400 °C

150 °C

50 °C

Disco parabólico

Torre Central

(Sistema de Receptor Central)

Canal parabólico/

Fresnel lineal

Mapa de insolación solar en la República Mexicana

Hermosillo, Sonora

Esquema del Sistema de Torre Central

Planta demostrativa Solar Two

• Planta demostrativa de 10 MWe.

• 72540 m2 de Helióstatos.

• Sal de nitrato fundida a 650C y

almacenada a 290C.

• 6 horas de almacenamiento.

• Conectada a la red de 1996 a 1999.

Plantas comerciales de torre central PS10 y PS20

Plantas de 11 y 20 MWe en operación en España desde 2007 y 2009.

Torres de 114 m y 165 m de altura.

625 (PS10) y 1255 (PS20) heliostatos de 120 m2 cada uno.

Construidas por la compañía Abengoa, en la plataforma solar de Solucar.

Utilizan almacenamiento térmico con agua caliente presurizada, para proporcionar una hora de capacidad almacenamiento.

Plantas comercial de torre central Gemasolar Potencia eléctrica nominal: 19.9 MW.

Producción eléctrica neta: 110 GWh/año

Campo solar: 2,650 heliostatos en 185 hectáreas.

Utiliza una torre de 140 m de altura para calentar sales

fundidas (nitratos de sodio y potasio) de 290C a 565C.

Sistema de almacenamiento térmico: dos tanques de almacenamiento de sales fundidas permite una autonomía de generación eléctrica de hasta 15 horas sin aporte solar y 80 GWh por año. Permite factor de planta de 75%.

Construidas por la compañía Gemasolar 2006 SAU, Fuentes de Andalucía (Sevilla, España). Operando desde Mayo 2011.

Plantas comercial de torre central Ivampah

Potencia eléctrica nominal: 392 MWe.

Producción eléctrica neta: 650 GWh/año

Campo solar: 173,500 heliostatos (14 m2) en 1420 hectáreas.

Opera con generación directa de vapor. Cada unidad produce vapor sobrecalentado a 540 C y 160 bar.

Factor de planta de 31.4% con eficiencia global de 28.4%.

Torre de 140 m de altura.

Construidas por la compañía NRG Energy, Google, Gobierno USA (Desierto Mojave, California-Nevada). Operando desde Febrero 2014.

Plantas comercial de torre central Crescent Dunes

Potencia eléctrica nominal: 110 MWe.

Producción eléctrica neta: 650 GWh/año

Campo solar: 10,347 heliostatos (115 m2).

Torre de 195 m de altura.

Sistema de almacenamiento térmico con sales fundidas permite una autonomía de generación eléctrica de hasta 10 horas sin aporte solar.

Cada tanque tiene una capacidad de 13.6 millones de litros y esta diseñado para almacenar 32 toneladas de sal fundida. La sal caliente se almacena a 565C y la sal “fría” a 288C.

Construidas por la compañía Tonopah Solar Energy (Tonopah, Nevada). operando desde Febrero 2016. Venderá energía a $0.135 doláres por kilowatt-hora.

Plantas comercial de torre central Khi Solar One

Potencia eléctrica nominal: 50 MWe.

Producción eléctrica neta: 48 GWh/año

Tres receptores de cavidad situados en una torre de 205 m, orientados al sur, este y oeste, se utilizan para producir vapor sobrecalentado con una temperatura de hasta 530C y presión de 120 bar.

Sistema de almacenamiento térmico con sales fundidas permite una autonomía de generación eléctrica de hasta 2 horas sin aporte solar.

Construidas por la compañía Abengoa Solar en sociedad con IDC y Khi Community Trust (cerca de Upington, en la provincia de Northern Cape, Sudáfrica) operando desde Febrero 2016.

• Responsable: Dr. Claudio A. Estrada Gasca (IER-UNAM)

• Monto global: $ 67 MDP (CONACYT $ 33 MDP, UNAM $ 20 MDP, UNISON $ 14 MDP)

• Objetivo general: Desarrollar un laboratorio nacional constituido por una red de grupos de investigación con el propósito de avanzar en el desarrollo de las tecnologías de concentración solar y química solar en México, generando conocimiento científico y tecnológico, así como formando recursos humanos de alto nivel en el área.

• El proyecto se divide en tres sub-proyectos:

a) Horno Solar de Alto Flujo Radiativo (HoSIER) y Laboratorio de Termoquímica Solar (LTQS).

b) Planta Solar para el Tratamiento Fotocatalítico de Aguas Residuales (PSTFAR).

c) Campo Experimental de Torre Central (CEToC).

• Proyecto único en Latinoamérica o en países en desarrollo que ha permitido posicionar a México en el ámbito mundial en la investigación sobre las tecnologías de concentración solar.

• Se busca impulsar el desarrollo de una industria nacional de tecnologías de concentración solar.

Laboratorio Nacional de Concentración y Química Solar (2007-2015)

• Sistema de concentración solar como

instrumento de investigación científica y

tecnológica con altos flujos radiativos

solares.

• 25 kWt y 18 000 soles.

• Temperaturas superiores a 3400 K.

• Alineamiento y Calibración de los sistemas

ópticos, mecánicos y electrónicos del

HoSIER.

Sub-proyecto: Horno Solar de Alto Flujo Radiativo (HoSIER)

65.7o

6.9 cm

Subproyecto: Laboratorio de Termoquímica

METAS:

• Complementar la infraestructura del Horno Solar del CIE con equipo analítico para la caracterización de procesos termoquímicos solares.

• Contar con una instalación experimental para la producción de hidrógeno a partir de energía solar concentrada.

• Realizar pruebas de gasificación de coque de petróleo.

• Evaluar reactores termoquímicos para obtención de gas de síntesis a partir de pirolisis de PETs.

• Generar nuevos conocimientos científicos y técnicos en el área.

• Formar recursos humanos altamente especializados.

Sub-proyecto: Campo de Pruebas para Helióstatos (CPH)

• 1 hectárea de terreno (20 disponibles).

• Torre de 36 m.

• Blanco Lambertiano de 7m x 8m.

• Cabina de experimentación con apertura de 4m x 4m.

• 883 m2 de helióstatos instalados (24 de 36 m2, 1 de 6 m2 y 9 de 1.5 m2).

• Comunicación , control e instrumentación del campo.

• Laboratorio anexo y cuarto de control (50 m2).

• Temperaturas de hasta 600°C.

METAS:

• Obtener la experiencia y adoptar la tecnología de sistemas de TC, para realizar aportaciones innovadoras en esta tecnología que permitan, en el mediano plazo, el desarrollo de una industria nacional.

• Contar con un sistema de control y adquisición de datos para el monitoreo automático del sistema TC.

• Desarrollar diferentes prototipos de helióstatos que sean potencialmente transferibles a la industria.

• Realizar el diseño de receptores para aplicaciones específicas.

• Generar los conocimientos y la experiencia que permitan realizar investigación e innovación tecnológica en el área.

• Formación de recursos humanos altamente especializados.

Subproyecto: Campo Experimental de Torre Central (CEToC)

Diseño, construcción, instrumentación y evaluación de un Receptor-calorimetro

Calorímetro en operación

Como fluido térmico se utiliza agua.

Dimensiones :

0.1m x 1.25 m x 1.25 m.

• 4 entradas y salidas de 3.18 cm (1.5”) de

diámetro.

• 1230 superficies extendidas (cilindros) de 9

cm de largo y 0.95 cm (⅜”) de diámetro.

• Fabricado en aluminio 6061-T6.

Caracterización térmica del receptor

Reactor para pirolisis de biomasa

• Producción de gas de síntesis y biochar a partir de deshechos agrícolas.

• Aire como fluido térmico.

• Pirolisis lenta a 400C.

Simulación numérica de reactor

Características deseables de fluidos térmicos para Sistemas Termosolares de Torre Central

• Se prefiere fluidos con alta capacidad calorífica y densidad, pero baja presión de vapor.

• Buenas propiedades de transporte (baja viscosidad y alta conductividad térmica).

• Que no sean corrosivos o tengan baja corrosión en tanque de almacenamiento térmico, tuberías, y válvulas para el transporte del fluido.

• Un punto de fusión lo mas bajo posible.

• El punto de ebullición sea de al menos 800 C.

• Bajo costo y abundantes por la alta demanda almacenamiento térmico de energía.

Comentarios del almacenamiento térmico en Sistemas Termosolares de Potencia

• A escala comercial, el almacenamiento térmico de calor sensible con sales fundidas es el más desarrollado.

• A nivel demostrativo e encuentra el uso de bloques de grafito (Lake Cargelligo, NSW, Australia) y el uso de partículas en receptor de lecho fluidizado (Sicilia, Italia).

• El almacenamiento con materiales de cambio de fase (calor latente) y en forma temoquímica, son opciones prometedoras que se encuentran en desarrollo.

• Hay esfuerzos importantes en el desarrollo de nuevos fluidos térmicos: (a) Nuevas mezclas de sales (cloruros y flouroros principalmente), (b) Nanofluidos.

Gracias por

su atención