{"id":134027,"date":"2019-07-22T08:52:28","date_gmt":"2019-07-22T07:52:28","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=134027"},"modified":"2019-07-22T08:52:28","modified_gmt":"2019-07-22T07:52:28","slug":"lazos-hibridos-de-colectores-fresnel-para-la-obtencion-de-calor-de-proceso","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2019\/07\/22\/134027","title":{"rendered":"LAZOS H\u00cdBRIDOS DE COLECTORES FRESNEL PARA LA OBTENCI\u00d3N DE CALOR DE PROCESO"},"content":{"rendered":"

Autores: Montes M.J.*, Abbas R.**, Barbero R.*, Mart\u00ednez-Val, J.M.**<\/strong><\/p>\n

* Dpmto. Ingenier\u00eda Energ\u00e9tica, Universidad Nacional de Educaci\u00f3n a Distancia (UNED), C\/ Juan del Rosal 12, Madrid, 28040, Espa\u00f1a, mjmontes@ind.uned.es<\/a>, rbarbero@ind.uned.es<\/a><\/p>\n

** Dpmto. Ingenier\u00eda Energ\u00e9tica, Universidad Polit\u00e9cnica de Madrid (UPM), C\/ Jos\u00e9 Guti\u00e9rrez Abascal 2, Madrid, 28006, Espa\u00f1a, rubenabbas@etsii.upm.es<\/a>, mval@etsii.upm.es<\/a><\/p>\n

\u00a0RESUMEN<\/strong><\/p>\n

Los colectores Fresnel resultan especialmente atractivos para la obtenci\u00f3n de calor para procesos industriales, en el rango de temperatura 100\u00baC-400\u00baC. Por ello, uno de los estudios realizados dentro del marco del proyecto ACES 2030 se ha centrado en el an\u00e1lisis de un nuevo dise\u00f1o de receptor Fresnel, que permite reducir costes sin disminuir pr\u00e1cticamente el rendimiento. Para ello, se propone un lazo h\u00edbrido en el que los primeros m\u00f3dulos, con temperaturas de trabajo menores empleen receptores con tubos no evacuados y los restantes m\u00f3dulos del lazo, a mayor temperatura media, utilicen receptores evacuados.<\/p>\n

Bas\u00e1ndose en c\u00e1lculos econ\u00f3micos y en simulaciones anuales, se demuestra que para cada configuraci\u00f3n particular, existe hibridaci\u00f3n \u00f3ptima que minimiza el coste del calor producido<\/p>\n

\u00a0ABSTRACT<\/strong><\/p>\n

Fresnel collectors are particularly attractive to generate heat for industrial thermal processes, in the temperature range 100\u00baC\u2011400\u00baC. Thus, one of the studies in the ACES 2030 project has been focused on the analysis of a new Fresnel receiver design, which allows costs to be reduced without practically reducing thermal performance. For that, an hybrid Fresnel loop is proposed, in which, the first modules, at lower working temperature, use non-evacuated receivers, and the remaining, at greater temperature, use evacuated receivers.<\/p>\n

Based on economic calculations and annual simulations, an optimal hybridization, that minimizes the cost of the heat produced, is obtained for each particular configuration.<\/p>\n

En los \u00faltimos a\u00f1os se han hecho numerosos estudios comparativos entre los colectores cilindro-parab\u00f3licos y los colectores lineales Fresnel, ambos aplicados a la producci\u00f3n de electricidad, mediante un ciclo de potencia (Morin et alt<\/span>., 2012). Aunque la comparativa no establec\u00eda una ventaja excesiva del primero sobre el segundo, lo cierto es que el Fresnel precisaba una reducci\u00f3n adicional del coste para resultar competitivo.<\/p>\n

 <\/p>\n

En este art\u00edculo se presenta otra aplicaci\u00f3n para la cual los colectores Fresnel resultan especialmente atractivos, que es la obtenci\u00f3n de calor para procesos industriales, en el rango de temperatura 100\u00baC-400\u00baC. De acuerdo con los datos que aparecen en (Farjana et alt.<\/span>, 2018), aproximadamente 2\/3 del consumo final de energ\u00eda en la industria es energ\u00eda t\u00e9rmica. Aunque el rango de temperaturas para el calor de proceso est\u00e1 aproximadamente entre 20\u00baC y 400\u00baC, los colectores Fresnel son particularmente adecuados para temperaturas entre 100\u00baC y 400\u00baC. Para el estudio que se expone a continuaci\u00f3n, se han tomado como referencia plantas comerciales, de acuerdo con la informaci\u00f3n que aparece en la base de datos SHIP (Solar Heat for Industrial Process, 2018), y han sido adaptados para extraer conclusiones generales.<\/p>\n

\u00a0El estudio se ha centrado en el an\u00e1lisis de un nuevo dise\u00f1o de receptor Fresnel, que permite reducir costes sin disminuir pr\u00e1cticamente el rendimiento. Para ello, se propone un lazo h\u00edbrido en el que los primeros m\u00f3dulos, con temperaturas de trabajo menores empleen receptores con tubos no evacuados con menores prestaciones t\u00e9rmicas y los restantes m\u00f3dulos del lazo, a mayor temperatura media, utilicen receptores evacuados, de mayor rendimiento. El receptor no evacuado consiste en un tupo de pyromark dentro de una cavidad provista de reflector secundario tipo CPC (<\/span>Compound Parabolic Concentrator<\/em>), que est\u00e1 abierta al ambiente. El receptor evacuado se basa en un doble tubo conc\u00e9ntrico, similar al de los colectores cilindroparab\u00f3licos, que se encuentra tambi\u00e9n en una cavidad abierta al ambiente con reflector secundario. En la Fig. 1 se muestra un esquema de la configuraci\u00f3n propuesta.<\/span><\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Los Colectores Lineales Fresnel (CLF) que se utilizan en las aplicaciones\u00a0 de calor de proceso, tienen normalmente una raz\u00f3n de concentraci\u00f3n menor que los que se utilizan para generar electricidad. Para este trabajo, se ha tomado como referencia el colector LF\u201111 de la empresa Industrial-Solar (2019). Las caracter\u00edsticas principales de dicho colector aparecen en la Tabla 1.<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Para el an\u00e1lisis anual se ha realizado una caracterizaci\u00f3n \u00f3ptica y t\u00e9rmica del colector Fresnel utilizado, extrayendo correlaciones sencillas en funci\u00f3n de la posici\u00f3n del sol y de las condiciones ambiente en cada instante determinado. Para el an\u00e1lisis \u00f3ptico se ha utilizado un programa de trazado de rayos propio (Abbas et alt.<\/span>, 2012, 2013), mientras que las correlaciones de p\u00e9rdidas t\u00e9rmicas se han obtenido mediante un modelo de resistencias t\u00e9rmicas aplicado a cada tipo de receptor (Montes et alt.<\/span>, 2017a).<\/p>\n

Una vez realizada la caracterizaci\u00f3n \u00f3ptica y t\u00e9rmica, se ha realizado la simulaci\u00f3n anual de lazos de CLF para calor de proceso y el an\u00e1lisis econ\u00f3mico.<\/p>\n

En la figura 2 se muestra los resultados obtenidos para una planta Fresnel ubicada en T\u00fanez (latitud=33\u00b053’12.9\u00bb N; longitud=9\u00b032’15\u00bb E). El fluido de trabajo en este caso es aceite VP1 trabajando entre 200-250\u00baC, y el n\u00famero de m\u00f3dulos utilizado es igual a 56. La longitud de cada m\u00f3dulo es igual a 4.06 metros, coincidiendo con la longitud habitual de los tubos evacuados.<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

Para los resultados que se muestran en la anterior figura, el coste levelizado del calor (LCOH, Levelized Cost Of Heat<\/em>), que es el coste del calor generado en una instalaci\u00f3n particular con una temperatura determinada del fluido de trabajo. De manera simplificada, para una planta de colectores Fresnel de peque\u00f1a concentraci\u00f3n, sin acoplamiento a un sistema auxiliar f\u00f3sil y sin almacenamiento t\u00e9rmico, el LCOH se define mediante la siguiente ecuaci\u00f3n:<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n

En la ecuaci\u00f3n anteriore, IC (Mio.$) es el coste de inversi\u00f3n; CRF es la tasa de retorno de capital; OMC son los costes fijos de operaci\u00f3n y mantenimiento (Mio.$) y Eth<\/sub> (MWhth<\/sub>) es la energ\u00eda t\u00e9rmica anual producida.<\/p>\n

Como conclusi\u00f3n, en este trabajo se ha demostrado la viabilidad econ\u00f3mica de un nuevo dise\u00f1o de lazo de colector Fresnel, que combina receptores de tubo no-evacuado con receptores de tubo evacuado. La aplicaci\u00f3n concreta a la que va acoplado el campo solar de lazos h\u00edbridos es la obtenci\u00f3n de calor de proceso, para la que se requieren temperaturas moderadas, por lo que el uso de Fresnel est\u00e1 especialmente indicado.<\/p>\n

El an\u00e1lisis econ\u00f3mico, realizado en base a simulaciones anuales, muestra que puede existir una configuraci\u00f3n \u00f3ptima, dependiendo del salto t\u00e9rmico del fluido de trabajo en el campo solar. Se extrae tambi\u00e9n como conclusi\u00f3n que a temperaturas bajas (entre 50\u00baC y 150\u00baC, aproximadamente), el \u00f3ptimo econ\u00f3mico es el lazo no h\u00edbrido de tubos no-evacuados; de igual manera, a temperaturas altas (a partir de 300\u00baC), compensa econ\u00f3micamente trabajar con tubos evacuados. Todos estos resultados dependen del escenario econ\u00f3mico que se considere.<\/p>\n

\u00a0REFERENCIAS<\/strong><\/p>\n

\u00a0Abbas R., Montes M.J., Piera M. and Mart\u00ednez-Val J.M. (2012). Solar radiation concentration features in Linear Fresnel Reflector arrays. Energy Convers. and Manag.<\/em> 54 (1):133-44.<\/p>\n

Database for applications of solar heat integration in industrial processes (2018) http:\/\/ship\u2011plants.info\/<\/a><\/p>\n

Farjana S.H., Huda N., Mahmud M.A.P., Saidur R. (2018). Solar process heat in industrial systems \u2013 A global review. Renew. and sustainable Energy Reviews <\/em>82, 2270-2286.<\/p>\n

Industrial-Solar (2019) https:\/\/www.industrial-solar.de\/<\/a><\/p>\n

Montes M.J., Abbas R., Mu\u00f1oz M., Mu\u00f1oz-Ant\u00f3n J., Mart\u00ednez-Val J.M. (2017a). Advances in the linear Fresnel single-tube receivers: Hybrid loops with non-evacuated and evacuated receivers. Energy Convers. and Manag<\/em>. 149, 318\u2013333.<\/p>\n

Morin G., Dersch J., Platzer W., Eck M., H\u00e4berle A. (2012). Comparison of linear Fresnel and parabolic trough collector power plants. Sol. Energy <\/em>86, 1-12.<\/p>\n

Contacto<\/strong><\/p>\n

Mar\u00eda Jos\u00e9 Montes Pita, Responsable de la Universidad Nacional de Educaci\u00f3n a Distancia. Grupo UNED-STEM del Programa ACES2030-CM\u00a0mjmontes@ind.uned.es<\/a><\/p>\n

Coordina ACES2030-CM Manuel Romero del Grupo IMDEAE-UAPAT de IMDEA Energ\u00eda.<\/p>\n

\"\"<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

Autores: Montes M.J.*, Abbas R.**, Barbero R.*, Mart\u00ednez-Val, J.M.** * Dpmto. Ingenier\u00eda Energ\u00e9tica, Universidad Nacional de Educaci\u00f3n a Distancia (UNED), C\/ Juan del Rosal 12, Madrid, 28040, Espa\u00f1a, mjmontes@ind.uned.es, rbarbero@ind.uned.es ** Dpmto. Ingenier\u00eda Energ\u00e9tica, Universidad Polit\u00e9cnica de Madrid (UPM), C\/ Jos\u00e9 Guti\u00e9rrez Abascal 2, Madrid, 28006, Espa\u00f1a, rubenabbas@etsii.upm.es, mval@etsii.upm.es \u00a0RESUMEN Los colectores Fresnel resultan especialmente atractivos para la obtenci\u00f3n de calor para procesos industriales, en el rango de temperatura 100\u00baC-400\u00baC. Por ello, uno de los estudios realizados dentro del marco del proyecto ACES 2030 se ha centrado en el an\u00e1lisis de un nuevo dise\u00f1o de receptor Fresnel, que permite reducir\u2026<\/p>\n","protected":false},"author":29,"featured_media":0,"comment_status":"open","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"ngg_post_thumbnail":0},"categories":[1],"tags":[],"blocksy_meta":{"styles_descriptor":{"styles":{"desktop":"","tablet":"","mobile":""},"google_fonts":[],"version":4}},"aioseo_notices":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/134027"}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/users\/29"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=134027"}],"version-history":[{"count":4,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/134027\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":134037,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/134027\/revisions\/134037"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=134027"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=134027"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=134027"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}