Científicos de Fraunhofer Chile estudian alternativas para optimizar uso del sol y avanzar en la descarbonización de la industria nacional

2.12.2019

Estudios desarrollados por investigadores de este Centro Internacional de Excelencia de Fraunhofer Chile – presentados en el Solar World Congress 2019 - abarcan desde análisis de costos de instalación de plantas CSP a lo largo de Chile, estudios de atenuación atmosférica, hasta un inédito proyecto para implementar tecnologías solares térmicas en la industria cervecera.

La energía solar en Chile tiene un enorme potencial. No sólo en relación a su uso a gran escala en el sistema eléctrico nacional – según la Comisión Nacional de Energía el 10,3% del total de la energía eléctrica generada en Chile, proviene de sistemas fotovoltaicos de gran escala-. Además, hay un gran potencial de reemplazo de combustibles fósiles en industria de alimentos, agroindustria, minería, y otros sectores industriales intensivos en uso de calor y altas temperaturas.

En ese contexto, el Centro de Tecnologías para la Energía Solar de Fraunhofer Chile (FCR CSET) cumple un rol activo en extender el uso de sistemas solares térmicos en estos sectores industriales, y así contribuir efectivamente en la descarbonización de la industria chilena.

Mostrando todo el potencial que puede lograr el sol en este desafío, el equipo de investigadores de FCR CSET, presentó en el Solar World Congress los últimos resultados de sus estudios en Concentración Solar de Potencia y sistemas solares térmicos, los que dan cuenta de las ventajas y oportunidades que se abren a la industria nacional.

Proyecciones para CSP por territorio

En una inédita investigación llevada adelante por la investigadora Catalina Hernández, del grupo de Sistemas Solares Térmicos de FCR CSET, junto con la Universidad Técnica Federico de Santa María, la científica efectuó una evaluación simulada del Costo Nivelado de Energía (LCOE) que tendría la instalación de una planta CSP de torre de 130 MWe, considerando los costos como si fuera instalada en cada región de todo Chile - desde la región de Arica y Parinacota hasta la región de los Lagos-. Para esto se consideró el valor de inversión estudiando todos los costos de instalación y los costos de operación a lo largo de toda la vida útil de la tecnología.

De este estudio se logró determinar que existe un gran potencial en la zona norte desde la región de Arica y Parinacota hasta la región de Coquimbo, con valores de LCOE menores a 100 USD/MWh, costo significativamente menor a lo que podría obtenerse en otros países. [REN21].

En esta misma línea, y buscando alternativas rentables de operación para la industria minera, el equipo de FCR CSET demostró la rentabilidad de una central eléctrica híbrida CSP-PV de nueva construcción, situada en un terreno no urbanizado, para satisfacer la demanda de electricidad de un perfil real de explotación minera utilizando datos meteorológicos reales y estructuras de costes nacionales actualizadas.

“La energía solar concentrada de potencia (CSP), junto con la tecnología fotovoltaica (PV), permite proporcionar un suministro de energía limpio, económico y fiable durante el día y la noche gracias al sistema de almacenamiento térmico integrado. El diseño híbrido permite aprovechar el Costo de Electricidad Nivelado (LCOE) ultra bajo de la energía fotovoltaica (PV) durante las horas solares con tecnología CSP económica y altamente flexible para cubrir la variabilidad intradía, la aceleración diaria y el suministro de electricidad en horas nocturnas y también baja los costos de electricidad a precios de 50 USD/MWh” explicó el Director del FCR CSET, Frank Dinter.

La importancia de una atmósfera limpia

La atenuación atmosférica es responsable de la diminución de la visibilidad cuando el aire contiene partículas (aerosoles) que absorben la radiación solar. Este fenómeno impacta las plantas solares de concentración CSP bajando la radiación solar recibida por los espejos. Cuando se trata de una planta de tipo torre (con un campo de espejos “heliostatos” y un receptor central), la atenuación atmosférica disminuye la energía disponible para el receptor.

Es así que Fraunhofer Chile Research en colaboración con la Universidad de Antofagasta  trabajó en el modelamiento y estimación del impacto de la atenuación atmosférica para las CSP de torre en Chile. Uno de los trabajos presentados en la Solar World Congress por el investigador de Sistemas Solares Térmicos, Aloïs Salmon, se enfocó en presentar un caso de estudio de la estimación de aerosoles mediante medición de radiación solar. En un segundo trabajo, utilizando datos satelitales, se estudió una planta CSP de torre y se estimó el impacto de la atenuación atmosférica en su generación de electricidad.  Ambas investigaciones determinaron que el nivel de atenuación atmosférica en el norte de Chile es bajo, lo cual otorga condiciones ventajosas para la instalación de plantas CSP.

Calor solar para procesos industriales

Para mostrar las posibilidades que ofrece el uso del calor solar en la industria de bebidas, la investigadora María Teresa Cerda presentó el trabajo llevado adelante con Cerveza Guayacán.

“Guayacán es una empresa innovadora que se interesó en realizar un estudio para responder la pregunta de cuanta era la máxima cantidad de energía solar que podían integrar. Como muchas empresas que utilizan calor en sus procesos, no sabían cuánta energía puede aprovecharse - la industria de bebidas utiliza bastante-. Es por ello que iniciamos el trabajo aplicando eficiencia energética en su esquema, para luego analizar la integración solar térmica y fotovoltaica. El estudio mostró que no sólo se puede integrar energía solar térmica en un proceso discontinuo y aumentar la energía fotovoltaica con la que contaban, sino que además esto sería más rentable que no realizar el proyecto. Adicionalmente, entregamos una hoja de ruta de emisiones cero de huella de carbono que logra asesorarlos en una mejor decisión de cuándo realizar las inversiones” explicó la investigadora.

Asimismo, y buscando entregar propuestas para mejorar los sistemas de almacenamiento térmico, el investigador Alejandro Caroca, financiado por el Centro Fondap SERC, y en colaboración con la Universidad de Chile, analizó los efectos que tendría en la industria metalúrgica, incluir las escorias de cobre como material de relleno para un tanque de almacenamiento térmico de alta temperatura.

“El principal objetivo de la investigación fue analizar el comportamiento térmico del material sólido (escorias de cobre) y sus efectos en la temperatura máxima dentro del tanque, y evaluar potenciales oportunidades de aplicación/integración a sistemas CSP. Los resultados indican que la escoria, con sus propiedades termo-físicas promueve el almacenamiento de calor dentro de ellas y son ventajosas pues poseen precisamente las propiedades térmicas de lo que la literatura considera un “buen material de relleno”,  permitiendo almacenar alta temperatura de forma estable.

Noticia publicada en Especial  Solar World Congress