ENERGÍA SOLAR EN PROCESOS INDUSTRIALES

6 de Noviembre, 2015

Food Process Expo 2015

FRAUNHOFER CHILE RESEARCH (FCR)CENTER FOR SOLAR ENERGY TECHNOLOGY (CSET)

Clare Murray

Contenido

• Organización de FCR – CSET

• Potencial solar térmico para la industria

• Recurso solar en Chile

• Calor solar

– Industria de lácteos y Carnes

• Refrigeración solar

– Caso Viña Miguel Torres

• Tratamiento de Agua

• Opciones para integración

• Conclusiones

Fraunhofer Chile CSET3 Líneas de Investigación

Generación deElectricidad

Solar

Tratamiento deAgua Solar

Calor Solar paraLa Industria

− Medición de recurso solar− Tecnologías de concentración

CPV y CSP− Sistemas No conectados a la

Red y Conectados a la Red− Integración de ERNC a Redes

− Medición de recurso solar− Tecnologías de concentración

CPV y CSP− Sistemas No conectados a la

Red y Conectados a la Red− Integración de ERNC a Redes

− Calor para procesosindustriales en minería,alimentos, otros

− Refrigeración solar paraindustria de alimentos

− Poligeneración Solar (calor,frío, energía eléctrica, agua)

− Calor para procesosindustriales en minería,alimentos, otros

− Refrigeración solar paraindustria de alimentos

− Poligeneración Solar (calor,frío, energía eléctrica, agua)

− Descontaminación de agua− Purificación de Agua− Desalinización de Agua− Tratamiento de aguas

industriales

− Descontaminación de agua− Purificación de Agua− Desalinización de Agua− Tratamiento de aguas

industriales

Contexto energético Chileno

• Los combustibles fósiles constituyen el 74% del consumo de energía primaria y el 66% de la matriz eléctrica.

• Chile no produce ninguno de estos recursos, el país es un importador energético.

• Esta dependencia genera una debilidad para el país– Volatilidad de precios

– Riesgos en el suministro

Potencial del Mercado

• La mitad del consumo energético de Europa es para uso térmico o de refrigeración

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Fuente: EREC 2006

Demanda energética para sectores industrialesEcoheatcool

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Demanda de calor industrial en Chile

Fuente: AppSol, Energía Solar térmica para la industria. Aiguasol (2015)

Recurso solar

Recurso solar en Chile Annual DNIkWh/m2 day

Annual GHIkWh/m2 day

El recurso solar es apto para cualquier aplicación solar:

� PV� Agua caliente

sanitaria� CSP� Entre otras

tecnologías

Fuente: Escobar et al. “Solar Energy Resource Assessment In Chile: Satellite Estimation And Ground Station Measurements”

• Modelo satelitaltransferido por INPE

Calor Solar

• Componentes para conversión de radiación solar

� Torre Solar: capacidad de planta ~ 10 MWel, temperatura de operación 600-1200 °C

� Disco Stirling: capacidad por unidad ~ 10-25 kWe

temperatura de operación 600-1200 °C

� Colectores Cilindro Parabólicos, Reflectores lineares Fresnel: capacidad de planta ~ 30-80 MWel, temperatura de operación < 550°C

� Colector de tubo evacuado, Colectores compuestos: capacidad por unidad ~ 1 kWth, temperatura de operación < 150°C

� Colector plano: capacidad por unidad ~ 1 kWth, temperatura de operación < 100°C

Industria Láctea: Megval, Grecia

• Aplicación: Equipos de limpieza y pre-calentamiento del agua de alimentación de la caldera.

• Rango de temperatura: Limpieza de equipos: 20-80oC, Otros procesos: 20-130oC.

• Operación: 24 horas al día, 7 días a la semana, 120-150 m3/día.

• Área de colección: 727 m2, colectores planos y CPC.

• Inversión total: 130000 €.

• Promedio anual de ahorro de energía: 900 MWht.

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Industria de la Carne: Fleischwaren Berger, Austria

• Aplicación: Equipos de limpieza y pre-calentamiento del agua de alimentación de la caldera.

• Rango de temperatura: Precalentamiento hasta 95oC y limpieza hasta 65oC.

• Área de colección: 1067 m2, colectores planos.

• Volumen de almacenamiento: 60 m3.

• Reducción del consumo de petróleo de hasta 56000 litros por año.

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Refrigeración Solar

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Fuente: Solar Cooling in Brazil, Fraunhofer ISEFuente: Review on solar-driven ejector refrigeration technologies, Abdulateef, et al

• Peak de demanda caracterizado en ciertas áreas por la demanda de refrigeración y aire acondicionado

• Alta correlación con disponibilidad de radiación solar• Refrigerantes estables, que no contribuyen al cambio climático• Uso eficiente de colectores solares permite la configuración de

sistemas de cogeneración y/o poligeneración

Poligeneración Solar en la Industria del Vino

• Diseñar y caracterizar un sistema de poligeneración solar* escalable que permita a las empresas vitivinícolas aumentar su independencia energética y disminuir la huella de carbono asociada a sus procesos de producción de vino.

* Calor de procesos+ refrigeración.

• Chiller en Verano para el proceso de

fermentación

• Bomba de calor en Invierno para el

proceso de maceración

Planta Piloto: Características Técnicas

• Chiller de Absorción: • Campo Solar– Área: 80m2

– Fabricante: Bosch

– Modelo:FCC-1SChilledwater

Potencia [kW] 17.6

Temperatura entrada [°C] 12.5

Temperatura salida [°C] 7

Flujo [l/s] 0.77

Coolingwater

Potencia [kW] 42.7

Temperatura entrada [°C] 31

Temperatura salida [°C] 35

Flujo [l/s] 2.55

Heat medium

Potencia [kW] 25.1

Temperatura entrada [°C] 88

Temperatura salida [°C] 83

Flujo [l/s] 1.2

Pump Potencia [W] 48

Resultados Planta Piloto: Energía Desplazada

Resultados Planta Piloto

• Fracción de solar

– Verano: 48%

– Invierno: 35%

• Tareas futuras para escalar

– Demanda ajustado

– Sistema de control

– Efectos del clima

• Monitoreo: 1 año

Opciones de tratamiento de agua con energía solar

• Alternativas tecnológicas para la utilización de energía solar como Fuente energética principal en tratamiento de agua

Destilación por membranas

• El proceso térmico por membranas permite separar agua de soluciones acuosas usando la presión de vapor como . Una membrana hidrofóbica retiene la solución acuosa previamente calentada, pero resulta permeable al vapor y condensa agua destilada

• Las condiciones de operación típicas son cercanas a 80oC, a presión ambiente

• El uso de energía solar permite consolidar una Fuente segura y confiable de agua para consumo o para procesos.

• Los sistemas (pilotos) son de baja mantención y operan eficientemente

Integración del Sistema

Opciones de instalación

Fuente: SolarThermalWorld.org 2015

Conclusiones

• Recurso Solar privilegiado, aún en la zona centro sur

• Integración depende de las condiciones locales

• Tecnologías solares están disponibles y maduras:

– Generación de electricidad

– Suministro de de calor (o ambas � cogeneración)

– Producción de Frío

– Tratamiento de aguas

• Aplicaciones de calor de procesos y refrigeración solar son de gran interés para la industria de alimentación en Chile.

Muchas Gracias

Clare Murray Investigadora

Calor Solar para Procesos

Center for Solar Energy TechnologyFraunhofer Chile ResearchClare.Murray@fraunhofer.cl

www.fraunhofer.cl

Expo Food Process 20156 de Noviembre de 2015