{"id":135115,"date":"2022-03-22T10:16:23","date_gmt":"2022-03-22T09:16:23","guid":{"rendered":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=135115"},"modified":"2022-03-22T10:16:23","modified_gmt":"2022-03-22T09:16:23","slug":"diseno-e-integracion-del-captador-solar-sundial-para-cubrir-la-demanda-de-energia-termica-en-procesos-industriales","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2022\/03\/22\/135115","title":{"rendered":"Dise\u00f1o e integraci\u00f3n del captador solar SunDial para cubrir la demanda de energ\u00eda t\u00e9rmica en procesos industriales"},"content":{"rendered":"

Autor: Mercedes Ibarra<\/strong> (Dpto. Ingenier\u00eda Energ\u00e9tica, Universidad Nacional de Educaci\u00f3n a Distancia)<\/strong><\/p>\n

Resumen:<\/strong> En un escenario de descarbonizaci\u00f3n de la matriz productiva, el uso de captadores solares t\u00e9rmicos para su integraci\u00f3n en procesos industriales ofrece una alternativa a los combustibles f\u00f3siles. El proyecto europeo ASTEP propone un concepto innovador que integra el captador Fresnel rotativo SunDial y un almacenamiento t\u00e9rmico mediante materiales de cambio de fase, del que se van a instalar dos pilotos en sendas industrias. Una de las primeras tareas del proyecto ha sido el dise\u00f1o de dicho concepto, para lo cual se ha desarrollado un modelo cuasi-est\u00e1ico, que ha permitido determinar las similitudes de los dos esquemas propuestos (captador y almacenamiento en serie o en paralelo), con producciones anuales de 27,38 MWh para el primer caso y 25,71 MWh para el segundo.<\/p>\n

Abstract:<\/strong> In a decarbonization scenario, the use of solar thermal collectors for their integration in industrial processes offers an alternative to fossil fuels. The European project ASTEP proposes an innovative concept where an rotative Fresnel collector (SunDial) and a thermal storage based on phase change materials. Two pilot plants of this concept will be installed. Hence, one of the first tasks of the proyect was the definition of the design. To do so, a quasi-static model was developed, which allowed the analysis of the similarities between the two proposed schemes: a series one and a parallel one (referring to the relative positions of the thermal storage and solar collector). The first one had an yearly production of 27,38 MWh, whereas the second produced 25,71 MWh.<\/p>\n

El consumo de energ\u00eda del sector industrial supone un 32% del consumo final de energ\u00eda, y la mayor parte de este consumo se utiliza para procesos t\u00e9rmicos (70%), usando combustibles f\u00f3siles en la mayor\u00eda de los casos (90%) [1]. El uso de captadores solares t\u00e9rmicos (tambi\u00e9n denominado SHIP, por Solar Heat for Industrial Processes) para cubrir las demandas t\u00e9rmicas de los procesos industriales ha sido propuesto con anterioridad como soluci\u00f3n en la descarbonizaci\u00f3n de la producci\u00f3n industrial. Sin embargo, el n\u00famero de instalaciones en el mundo es a\u00fan bajo [2]. Entre ellas, la mayor\u00eda son con tecnolog\u00edas solares est\u00e1ticas y sin concentraci\u00f3n. Sin embargo, los captadores con concentraci\u00f3n, como los cilindroparabolicos o los Fresnel, permiten alcanzar temperaturas mucho mayores (hasta 400 \u00baC), adapt\u00e1ndose mejor a la producci\u00f3n de vapor, fluido calo-transportador t\u00edpico en la industria.<\/span>  <\/p>\n

En esta l\u00ednea, el proyecto europeo<\/span> ASTEP<\/a> (Application of Solar Thermal Energy to Processes) [3], en el que participan dos universidades del consorcio ACES2030 (Universidad Nacional de Educaci\u00f3n a Distancia, UNED, y Universidad Polit\u00e9cnica de Madrid, UPM) y ya presentado en este medio, propone un concepto en el que el uso de un captador Fresnel rotativo llamado<\/span> SunDial<\/a> [4] junto con un almacenamiento de cambio de fase, permita cubrir las demandas t\u00e9rmicas de la industria. El proyecto, financiado por la uni\u00f3n Europea, ha permitido el dise\u00f1o de este concepto para su futura integraci\u00f3n en dos sitios industriales en Corintio (Grecia) y Iasi (Ruman\u00eda).<\/span><\/p>\n

Una de las primeras tareas del proyecto ha sido el dise\u00f1o de la integraci\u00f3n y dimensionamiento de los distintos elementos del \u2018concepto ASTEP\u2019 (captador, almacenamiento t\u00e9rmico y demanda). Para optimizar los resultados en la operaci\u00f3n de los dos futuros pilotos, se desarroll\u00f3 un modelo cuasi-estatico que permiti\u00f3 el an\u00e1lisis de la influencia que ten\u00eda en la producci\u00f3n diversas variables de dise\u00f1o (tama\u00f1o de la demanda, tama\u00f1o del almacenamiento, etc), as\u00ed como dos esquemas de integraci\u00f3n diferentes: uno en el que el almacenamiento t\u00e9rmico se sit\u00faa en paralelo al captador solar y uno en el que se sit\u00faa en serie (Figura 1).<\/span><\/p>\n

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Figura 1. Esquema del concepto ASTEP en paralelo (izquierda) y en serie (derecha)<\/span><\/em><\/p>\n

La Figura 2 muestra el funcionamiento de los dos esquemas posibles de un d\u00eda de verano (8 de julio), para Corintio (Grecia) donde la demanda industrial era de un generador de vapor de 8 kWth (de 9 a 17 h de L-V) y dos m\u00e1quinas de absorci\u00f3n de 3,5 kWth cada uno. Los resultados son muy similares en ambos casos, aunque existen ciertas diferencias en el control para optimizar la operaci\u00f3n de cada esquema. En ambos casos, y como se espera de un d\u00eda de verano, hay un exceso de energ\u00eda que no se puede utilizar, al estar el almacenamiento completo.<\/span><\/p>\n

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Figura 2. Resultados de la simulaci\u00f3n de un d\u00eda de verano (8 de julio) para el esquema en paralelo (izquierda) y en serie (derecha)<\/span><\/em><\/p>\n

Estas diferencias se trasladan al a\u00f1o completo en 27,38MWh para el esquema en serie y 25,71MWh para el esquema en paralelo. La distribuci\u00f3n de la energ\u00eda producida diariamente es similar, pero el esquema paralelo proporciona menos energ\u00eda diaria durante todo el a\u00f1o. Ambos sistemas parecen funcionar correctamente tambi\u00e9n los fines de semana, cuando no hay demanda del generador de vapor.<\/span><\/p>\n

Otro de los aspectos analizados fue como el dimensionamiento del almacenamiento (2 tanques conectados en paralelo) afectaba a la producci\u00f3n seg\u00fan la demanda considerada en dise\u00f1o, tanto para Corintio como para Iasi. En la Figura 3 se muestran los resultados de este an\u00e1lisis, donde cada dise\u00f1o es una combinaci\u00f3n de la demanda del generador de vapor en dise\u00f1o (4-12 kW), N es el n\u00famero de tanques de almacenamiento en paralelo (1-3) y nmod<\/sub> es el n\u00famero de celdas dentro de cada una de las secciones (45, 60, 90).<\/span><\/p>\n

Para ambas localizaciones, cuando se consideraba solo un tanque, la potencia de dise\u00f1o del generador de vapor estaba limitada a 8 kW, lo cual no suced\u00eda en el resto de casos. La diferencia entre 2 y 3 tanques es despreciable en ambas localizaciones. Los resultados muestran que tanto en Corintio como en Iasi, los dise\u00f1os escogidos (N=2, mod=60, Qb,dis<\/sub>=8 kW para Corintio; N=2, Qb,dis<\/sub>=7 kW para Iasi) permiten alcanzar valores de producci\u00f3n anual por encima de los 25 MWh, ofreciendo adem\u00e1s flexibilidad en la operaci\u00f3n.<\/span><\/p>\n

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Figura 3. Producci\u00f3n anual para distintos dise\u00f1os en Corintio (izquierda) y Iasi (derecha)<\/span><\/em><\/p>\n

El concepto ASTEP se caracteriza por ser modular y de f\u00e1cil instalaci\u00f3n, lo que permitir\u00eda reducir costes. Adem\u00e1s, permite trabajar con uno o dos ejes de seguimiento, lo cual ser\u00e1 una ventaja si se quiere instalar en ubicaciones de mayor latitud. La operaci\u00f3n y el mantenimiento ser\u00e1n tambi\u00e9n sencillos, as\u00ed como la integraci\u00f3n dentro de procesos industriales ya existentes. El proyecto ASTEP testear\u00e1 el concepto presentado en dos localizaciones industriales en los pr\u00f3ximos meses.<\/span><\/p>\n

Referencias<\/strong><\/p>\n

[1] Epp, B\u00e4rbel; Oropeza, Marisol (Editors) (2017): Solar Heat for Industry. Project Solar Payback. Available at (access 03-03-2022): https:\/\/www.solar-payback.com\/download\/solar-heat-for-industry-april-2017\/<\/a><\/p>\n

[2] Database for applications of solar heat integration in industrial processes. Disponible en: http:\/\/ship-plants.info\/<\/a><\/p>\n

[3] Application of Solar Thermal Energy to Processes (ASTEP Project). https:\/\/astepproject.eu\/<\/a><\/p>\n

[4] Cano-Nogueras, Javier, Javier Mu\u00f1oz-Ant\u00f3n, and Jos\u00e9 M. Martinez-Val. 2021. \u00abA New Thermal-Solar Field Configuration: The Rotatory Fresnel Collector or Sundial\u00bb Energies<\/em> 14, no. 14: 4139. https:\/\/doi.org\/10.3390\/en14144139<\/a><\/p>\n

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

Mercedes Ibarra, Investigadora del grupo UNED-STEM en ACES2030-CM \u2013 mibarra@ind.uned.es<\/a><\/p>\n

Antonio Rovira, Catedr\u00e1tico UNED. Coordinador ASTEP  \u2013 rovira@ind.uned.es<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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