5.4.1. Parámetros de diseño
A partir de los datos de la Tabla 1 se procede a simular la planta Crescent Dunes con el programa SAM.
5.4.1.1. Localización y clima
SAM permite seleccionar Tonopah como localización de referencia. Los datos climatológicos de esta zona son muy similares a los de la posición donde se sitúa la planta, por lo que se toman como válidos.
Tabla 2. Localización y datos climatológicos de Tonopah
TONOPAH
Latitud/longitud 38,0667 °N / -117,133 °E Elevación (m) 1653
Temperatura media (°C) 11,2 Velocidad media del viento (m/s) 4,3
5.4.1.2. Campo solar
El campo solar de Crescent Dunes consta de 10.347 heliostatos de 10,36 m de altura y 11,28 m de ancho cada uno.
El campo solar está fuertemente relacionado con el múltiplo solar (SM, Solar Multiple), cuya optimización afecta directamente al tamaño y cantidad de heliostatos necesarios. Dicho parámetro se define como el cociente entre la potencia térmica del campo solar en el punto de diseño y la potencia térmica de la turbina en condiciones nominales. El SM debe ser siempre mayor que la unidad para garantizar que la turbina pueda trabajar en diseño, aunque el campo solar no reciba la máxima radiación.
Un sistema que no disponga de almacenamiento debería presentar un SM próximo a la unidad para no incrementar los costes innecesariamente. Sin embargo, una planta que sí disponga de almacenamiento debería poseer un SM mayor a la unidad para poder suministrar la potencia necesaria al sistema de almacenamiento y al ciclo de potencia. Es importante el hecho de que al aumentar el SM también aumenta la inversión. Además, puede que se llegue al punto de desperdiciar energía si dicho parámetro crece demasiado. Es necesario por tanto optimizar este parámetro.
5. MODELADO Y SIMULACIÓN DE CRESCENT DUNES
La torre de Crescent Dunes mide 195 m y posee un receptor de 30,5 m de altura, 17,65 m de diámetro y 14 paneles. La temperatura del fluido calorífero a la salida del receptor es de 566 °C cuando el ciclo de potencia opera bajo condiciones de diseño. Así mismo, la temperatura de entrada al receptor del fluido mencionado es de 288 °C bajo las mismas condiciones.
5.4.1.4. Ciclo de potencia
Como ya se ha comentado, el ciclo de potencia es de tipo Rankine. Consta de un sistema de almacenamiento, consistente en dos tanques que conservan el calor del fluido calorífero de manera directa. Cada tanque mide 12,2 m de altura y posee un diámetro de 38 m. La capacidad de almacenamiento cuando el ciclo de potencia está a plena carga es de 10 h. El ciclo no dispone de sistema de hibridación con combustible fósil por lo que, al simular la planta estudiada en SAM, no habrá que tener en cuenta este factor.
5.4.2. Parámetros financieros
Los resultados obtenidos de la simulación se desvían de la realidad, ya que como se mencionó anteriormente SAM es bastante conservador y presenta un error de entre 5 y 12% aproximadamente. Si bien es verdad que el programa es estadounidense y la planta objeto de estudio se sitúa en Nevada, por lo que los datos obtenidos se acercarán más a la realidad que si el proyecto se desarrollase en otro país.
El modelo financiero que se ha seleccionado es el PPA single owner (utility). Se ha optado por este modelo porque corresponde a proyectos en los que el propietario y el operador son la misma entidad y en los que dicha entidad posee la responsabilidad fiscal para utilizar los beneficios obtenidos. Este es el caso más parecido a la situación de Crescent Dunes.
Se ha tenido en cuenta que en este tipo de proyectos SAM asume que toda la energía producida se vende a un precio estipulado previamente.
Por último, es importante añadir que no se ha tenido en cuenta para los cálculos financieros el préstamo proporcionado por el DOE, ya que complicaría sustancialmente dichos cálculos y habría que tener en cuenta muchos factores económicos. Sin embargo, sí se intentará comprobar si dicho préstamo influyó en el diseño de Crescent Dunes.
5.4.3. Parámetros más relevantes de la simulación
SAM devuelve numerosos datos y parámetros, pero en este trabajo se tendrán en cuenta los que se consideran más determinantes para el estudio crítico de Crescent Dunes.
5.4.3.1. Energía anual
SAM devuelve la energía eléctrica generada cada año en kWh/año. Se recuerda que el programa devolverá un resultado de energía generada inferior al esperado, al comportarse de manera conservadora. Las conclusiones serán por tanto cualitativas.
5.4.3.2. Power Purchase Agreement (PPA) Price
SAM considera que toda la energía producida se vende a un precio negociado mediante un acuerdo de compra. Este precio de la potencia generada es el PPA Price y se mide en dólares por kWh. Para el caso de Crescent Dunes ese precio se estableció en 0,135 $/kWh.
5.4.3.3. Factor de capacidad
El factor de capacidad es el cociente entre la cantidad de energía que el programa predice que se generará en el primer año de operación y la cantidad de energía que se obtendría si el sistema operase en diseño durante todas las horas del año.
𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑑𝑎𝑑 = T%87"í# #%V#W (XYZ/#ñB)
]BA8%9$# ^8W 2$2A84# (XY)∗_`ab (Z/#ñB)
No se puede considerar este factor por separado, ya que un mayor factor de capacidad para la misma potencia no siempre implica mayor producción de energía y, por tanto, mayores beneficios. Esto se debe a que hay que tener en cuenta otros factores como el SM y el LCOE, que se verá a continuación.
5.4.3.4. Levelized Cost of Energy (LCOE)
Este parámetro indica el coste teórico de generación de electricidad de una planta a lo largo de su vida. Se mide en céntimos de dólar por kWh de electricidad producida. El LCOE incluye costes tales como impuestos, costes de instalación y financiación, costes de operación y mantenimiento, incentivos, etc.
El programa calcula este parámetro basándose en la energía anual generada por el sistema analizado. De esta manera, obtiene dos tipos de LCOE:
• LCOE real: emplea un dólar constante, valor ajustado a la inflación. Es adecuado para análisis a largo plazo.
• LCOE nominal: emplea el valor actual del dólar. Es apropiado para análisis a largo plazo.
Normalmente, se suele utilizar el LCOE nominal para analizar proyectos de energía termosolar de concentración, mientras que el real se emplea más en proyectos fotovoltaicos.
Según la definición, el coste anual Cn del proyecto que se estudie, es igual al producto del
LCOE y de la electricidad generada por el sistema en ese año, Qn:
𝐶%= 𝑄% 𝑥 𝐿𝐶𝑂𝐸
Si la degradación se supone nula, el coste anual será el mismo durante toda la vida de la planta estudiada.
Para obtener el LCOE, es necesario primero hallar el coste total del ciclo de vida de la instalación o TLCC (Total LifeCycle Cost), que representa el valor actual de los costes de la planta a lo largo del período analizado (N) con un interés d:
𝑇𝐿𝐶𝐶 = g 𝐶% (1 + 𝑑)% i %jb = g𝑄% 𝑥 𝐿𝐶𝑂𝐸 (1 + 𝑑)% i %jb
Si se resuelve para el LCOE: 𝐿𝐶𝑂𝐸 = ∑
lm (nop)m ∑(nop)mqm
5. MODELADO Y SIMULACIÓN DE CRESCENT DUNES
Este parámetro será fundamental a la hora de analizar el diseño de la planta objeto de estudio de este trabajo. Una reducción del mismo respecto a la situación inicial será un síntoma de optimización. Sin embargo, será necesario tener en cuenta otros parámetros para asegurar la viabilidad de los cambios propuestos.
5.4.3.5. Valor actual neto (VAN)
Este parámetro es una medida de la viabilidad económica de un proyecto, e incluye los ingresos y los costes. Es el valor en el presente del flujo de caja después de impuestos, utilizando la tasa de descuento. En general, un valor positivo del VAN indica que el proyecto es factible económicamente, mientras que un valor negativo del mismo, indica lo contrario. Es necesario evaluar este parámetro junto a otros como el factor de capacidad, la tasa interna de rentabilidad (TIR), el período de recuperación, etc.
𝑉𝐴𝑁 = −𝐼b+ g 𝐶𝐹% (1 + 𝑑)% i
$jb
Siendo I0, la inversión inicial y CFn, el flujo de caja del año n-ésimo.
5.4.3.6. Tasa interna de rentabilidad (TIR)
Este parámetro es el valor del interés que anula el VAN. En general, cuanto mayor es el TIR, mejor es la inversión. Se define de la siguiente manera:
0 = −𝐼b+ g 𝐶𝐹% (1 + 𝑇𝐼𝑅)% i
$jb