Future Work

Para mantener la producción estable en cada módulo de la planta, dado que se enfrenta demandas permanentes y constantes para la producción de cada módulo, se requiere la utilización de un sistema de respaldo mediante energía fósil, lo que define una fracción solar de funcionamiento de la planta para una cierta cantidad de tiempo de operación, en este caso se estudió la fracción solar anual de funcionamiento. Es por ello que se hace altamente necesario utilizar un sistema de almacenamiento térmico (TES, por sus siglas en inglés Thermal Energy Storage) para el fluido de trabajo que proviene del sistema de colectores lo que permite aumentar la fracción solar disminuyendo considerablemente la utilización de combustibles fósiles de respaldo en el sistema.

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 DNI Pr ome d io [Wh /m 2]

5.2.1. Descripción del sistema TES

El sistema de almacenamiento seleccionado para la simulación de la planta, que además se observa en la Figura 4.5, corresponde a un sistema de almacenamiento mediante la utilización de una sal termosolar compuesta por una mezcla de 60% de nitrato de sodio (NaNO3) y un 40% de nitrato de potasio (KNO3), cuya mezcla posee un

calor específico promedio de 1,52 kJ/(kgK) [49].

Para el diseño del sistema de almacenamiento además se consideró utilizar 2 tanques de almacenamiento, uno para sales calientes y otro para sales frías respectivamente, donde además fue necesario aumentar el tamaño del campo solar para abastecer de energía al almacenamiento, en la Figura 5.4 se muestra un esquema de utilización de almacenamiento térmico de energía mediante 2 tanques para el caso de una planta CSP.

22Figura 5.4 Esquema de componentes de una planta CSP, en este caso con colectores cilindro parabólicos, la que utiliza un sistema de almacenamiento térmico con sales

termosolares, en el mismo rango de operación de temperaturas que utiliza la planta de poligeneración de colectores lineales Fresnel definida en este trabajo [50].

La capacidad indicada para el almacenamiento, que se ve reflejada en la cantidad de horas que es capaz de brindar autonomía para el funcionamiento de la planta, depende también del tamaño seleccionado para el campo solar el cuál se ve reflejado en el múltiplo solar (MS) que corresponde al cociente entre la potencia térmica absorbida por el fluido en el receptor y la potencia térmica requerida para el funcionamiento de la planta, la energía térmica excedente es almacenada en el sistema de almacenamiento.

Para determinar la relación exacta entre la capacidad del almacenamiento y el múltiplo solar de la planta, se llevó a cabo un análisis de la curva de saturación del aporte de energía del sistema de almacenamiento TES, graficando el aporte de energía que es capaz de brindar la planta con un tamaño de campo solar fijo reflejado en su múltiplo solar para distintas capacidades de almacenamiento en horas, cuando esta curva se torna totalmente horizontal es una muestra de que se llegó al máximo aporte de energía de la planta para dicho múltiplo solar, y con ello se determina la capacidad de horas indicada para cada múltiplo solar de la planta.

23Figura 5.5 Curvas de saturación del aporte de energía del sistema TES para un múltiplo solar dado, variando la capacidad de almacenamiento en horas.

En la Figura 5.5 se puede deducir que el tamaño indicado para el almacenamiento respectivo para cada uno de los múltiplos solares debería ser específicamente 6 horas de almacenamiento para un MS de 2,5; 9 horas de almacenamiento para un MS de 3; 9 horas de almacenamiento para un MS de 3,5; 12 horas de almacenamiento para un MS de 4, y finalmente 9 horas de almacenamiento para un MS de 4,5.

5.2.2. Análisis de la fracción solar de la planta

Además para determinar cuál de estas combinaciones de múltiplo solar con capacidad de almacenamiento es la indicada para la planta, se realizó un análisis de la fracción solar, que se define como el cociente entre el aporte de energía térmica proveniente de la componente solar de la planta y el aporte de energía térmica proveniente del sistema de respaldo fósil de la planta, determinando así la fracción solar

0 5E+11 1E+12 1,5E+12 2E+12 2,5E+12 3E+12 0 3 6 9 12 15 18 A p or te d e En e rg ía [ kJ/hr ] Horas de TES Curva TES MS 4.5 Curva TES MS 4 Curva TES MS 3.5 Curva TES MS 3 Curva TES MS 2.5

correspondiente a cada combinación analizada, los resultados de este análisis se presentan en la Tabla 5.1.

13Tabla 5.1 Fracción solar para cada combinación de múltiplo solar y capacidad de almacenamiento.

Capacidad MS 2,5 MS 3 MS 3,5 MS 4 MS 4,5

Horas de TES Fracción Solar Fracción Solar Fracción Solar Fracción Solar Fracción Solar

3 32,81 % 35,55 % 37,1 % 38,12 % 38,36 %

6 33,63 % 38,34 % 41,67 % 43,58 % 45,05 %

9 33,63 % 38,52 % 43,38 % 46,88 % 49,37 %

12 33,63 % 38,52 % 43,43 % 48,16 % 52,11 %

15 33,63 % 38,52 % 43,43 % 48,17 % 52,64 %

Considerando los valores en que satura el aporte de energía del almacenamiento térmico y los valores de la fracción solar presentados en la Tabla 5.1, se eligió que el tamaño tanto para el múltiplo solar de la planta así como la capacidad de almacenamiento deseada se compone por la combinación de un TES con 12 horas de capacidad para un múltiplo solar de 4,5; esto debido a que a partir de esta combinación de valores se obtiene una fracción solar mayor al 50%, indicando que el mayor aporte de energía térmica que alimenta el funcionamiento de la planta poligeneradora viene de parte de la componente solar de esta, donde además el múltiplo solar de 4,5 representa un área de apertura del campo solar de colectores lineales Fresnel de 1.143.770 m2_.

Se realizó además un análisis del aporte total de calor de la componente solar de la planta, considerando la capacidad de almacenamiento y múltiplo solar seleccionados, es decir, MS 4,5 y 12 horas de TES, donde se graficó dicho aporte total de calor diario contra el total de DNI disponible durante ese día, la Figura 5.6 presenta estos resultados.

24Figura 5.6 Gráfico del aporte total de energía térmica diaria por parte de la componente solar de la planta poligeneradora contra el total de DNI disponible por día.