Energía solar concentrada para la generación de electricidad Carlos Polo Bravo

ENERGÍA SOLAR CONCENTRADA PARA LA GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD

Primera edición Enero, 2012 Lima - Perú

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Carlos Polo Bravo

PROYECTO LIBRO DIGITAL

PLD 0523

Editor: Víctor López Guzmán

http://www.guzlop-editoras.com/ [email protected] [email protected] facebook.com/guzlopster twitter.com/guzlopster 428 4071 - 999 921 348 Lima - Perú

PROYECTO LIBRO DIGITAL (PLD)

El proyecto libro digital propone que los apuntes de clases, las tesis y los avances en investigación (papers) de las profesoras y profesores de las universidades peruanas sean convertidos en libro digital y difundidos por internet en forma gratuita a través de nuestra página web. Los recursos económicos disponibles para este proyecto provienen de las utilidades nuestras por los trabajos de edición y publicación a terceros, por lo tanto, son limitados. Un libro digital, también conocido como e-book, eBook, ecolibro o libro electrónico, es una versión electrónica de la digitalización y diagramación de un libro que originariamente es editado para ser impreso en papel y que puede encontrarse en internet o en CD-ROM. Por, lo tanto, no reemplaza al libro impreso. Entre las ventajas del libro digital se tienen: • su accesibilidad (se puede leer en cualquier parte que tenga electricidad), • su difusión globalizada (mediante internet nos da una gran independencia geográfica), • su incorporación a la carrera tecnológica y la posibilidad de disminuir la brecha digital (inseparable de la competición por la influencia cultural), • su aprovechamiento a los cambios de hábitos de los estudiantes asociados al internet y a las redes sociales (siendo la oportunidad de difundir, de una forma diferente, el conocimiento), • su realización permitirá disminuir o anular la percepción de nuestras élites políticas frente a la supuesta incompetencia de nuestras profesoras y profesores de producir libros, ponencias y trabajos de investigación de alta calidad en los contenidos, y, que su existencia no está circunscrita solo a las letras. Algunos objetivos que esperamos alcanzar: • Que el estudiante, como usuario final, tenga el curso que está llevando desarrollado como un libro (con todas las características de un libro impreso) en formato digital. • Que las profesoras y profesores actualicen la información dada a los estudiantes, mejorando sus contenidos, aplicaciones y ejemplos; pudiendo evaluar sus aportes y coherencia en los cursos que dicta. • Que las profesoras y profesores, y estudiantes logren una familiaridad con el uso de estas nuevas tecnologías. • El libro digital bien elaborado, permitirá dar un buen nivel de conocimientos a las alumnas y alumnos de las universidades nacionales y, especialmente, a los del interior del país donde la calidad de la educación actualmente es muy deficiente tanto por la infraestructura física como por el personal docente. • E l p e r s o n a l d o c e n t e j u g a r á u n r o l d e t u t o r, f a c i l i t a d o r y c o n d u c t o r d e p r o y e c t o s

de investigación de las alumnas y alumnos tomando como base el libro digital y las direcciones electrónicas recomendadas. • Que este proyecto ayude a las universidades nacionales en las acreditaciones internacionales y mejorar la sustentación de sus presupuestos anuales en el Congreso. En el aspecto legal: • Las autoras o autores ceden sus derechos para esta edición digital, sin perder su autoría, permitiendo que su obra sea puesta en internet como descarga gratuita. • Las autoras o autores pueden hacer nuevas ediciones basadas o no en esta versión digital.

Lima - Perú, enero del 2011 “El conocimiento es útil solo si se difunde y aplica” Víctor López Guzmán Editor

X SIMPOSIO PERUANO DE ENERGÍA SOLAR SEMINARIO INTERNACIONAL SOBRE TECNOLOGÍAS ECONÓMICAS PARA LA DESCONTAMINACIÓN Y DESINFECCIÓN DEL AGUA

CURSO:

APLICACIONES SUSTENTABLES DE LA ENERGÍA SOLAR

ENERGÍA SOLAR CONCENTRADA PARA LA GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD Lic. CARLOS POLO BRAVO UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROHMANN CENTRO DE ENERGÍAS RENOVABLES DE TACNA (CERT)

EL SOL……

FUENTE DE ENERGÍA RENOVABLE …………..

LA RADIACIÓN SOLAR Y SU CONCENTRACIÓN El Sol radia continuamente una potencia de 3,8 x 1023 kW La Tierra intercepta 1,7 x 1014 kW En un solo día supone una energía que es cuarenta veces superior al consumo energético mundial anual. La energía solar que recibe la Tierra en 10 días igual a la capacidad de todas las reservas conocidas actualmente de combustibles fósiles (gas, carbón y petróleo). Si se aprovechase la radiación solar que llega al 3% de la superficie desértica que actualmente existe en la Tierra, se podría abastecer toda la demanda energética mundial.

LA RADIACIÓN SOLAR DIRECTA Es aquella fracción de la radiación solar que llega a la superficie terrestre con una trayectoria bien definida, que es la que une al Sol con ese punto de la superficie terrestre. LA RADIACIÓN SOLAR DIFUSA Es aquella fracción de la radiación solar que llega a la superficie terrestre sin una trayectoria definida, ya que surge como resultado del scattering o interacción de la radiación solar directa extraterrestre con las partículas y substancias que existen en la atmósfera. LA RADIACIÓN SOLAR GLOBAL Es la suma de la radiación solar directa y difusa.

CONVERSIÓN DE LA ENERGÍA SOLAR FOTOTÉRMICA

FOTOQUÍMICA

FOTOVOLTAICA

REACTOR SOLAR CELDA SOLAR

COLECTOR SOLAR

QU

ÍM

IC

A

SI ER NV CO

S SI LI O TR A N IC EC IÓ ÍM EL RS QU VE O N TR CO LEC E

ÓN

ENERGÍA QUIMICA

CONVERSIÓN TERMOELÉCTRICA

ALMACENAMIENTO TÉRMICO

CALOR

MOTOR A CALOR

ELECTRICIDAD

CONVERSIÓN TERMOIÓNICA

POTENCIAL DE LA ENERGÍA SOLAR CONCENTRADA La producción de electricidad mediante sistemas solares termoeléctricos tiene un gran interés socioeconómico y ambiental. En el área mediterránea han puesto de manifiesto que existe un potencial de 3.5 GW hasta el año 2005; 23.2 GW hasta el 2025, siendo el potencial existente de 60 GW si se considera la posibilidad de usar amplias redes eléctricas interconectadas en la zona mediterránea. Estos valores podrían incluso doblarse si la demanda energética crece por encima del nivel estimado actualmente.

POTENCIAL DE LA ENERGÍA SOLAR CONCENTRADA La existencia de este gran potencial, junto con la circunstancia de que existe sobrada disponibilidad de sitios adecuados para la implementación de plantas solares termoeléctricas, ponen de manifiesto el gran interés que presentan este tipo de sistemas solares desde el punto de vista energético. Una muestra de este interés, son los numerosos estudios de viabilidad que actualmente se están llevando a cabo en diversos países (España, Grecia, Túnez, Méjico, Nevada, Egipto, China e India) para la implementación de plantas solares termoeléctricas.

POTENCIAL DE LA ENERGÍA SOLAR CONCENTRADA

REGIONES EN EL MUNDO CON RECURSO SOLAR PARA APLICACIONES DE LA RADIACIÓN SOLAR CONCENTRADA (cortesía de Pilkington Solar International)

TIPOS DE COLECTORES SOLARES Atendiendo a la forma en que convierten a la radiación solar en energía térmica, los captadores solares térmicos disponibles actualmente en el mercado pueden dividirse en dos grandes grupos: a) COLECTORES SOLARES SIN CONCENTRACIÓN: aquellos en los que la radiación solar es convertida en energía térmica sin sufrir previamente una concentración, b) COLECTORES SOLARES CON CONCENTRACIÓN: aquellos en los que la radiación solar es concentrada antes de convertirla en energía térmica.

CONCENTRACIÓN DE LA RADIACIÓN SOLAR La concentración de la radiación solar puede realizarse de diversas formas, siendo las más comunes las dos siguientes: Utilizando una superficie reflectante (espejo) que concentra mediante reflexión la radiación solar directa sobre un receptor o absorbente que tiene una superficie menor que la superficie captadora reflectante.

Utilizando lentes Fresnel, que están compuestas por muchas superficies refractivas pequeñas. Aunque este tipo de concentración refractiva puede hacerse también con lentes convexas, se utilizan las lentes Fresnel porque son más baratas, más ligeras y absorben menos energía.

SISTEMAS ACTUALES DE CONCENTRACIÓN DE LA RADIACIÓN SOLAR

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COLECTOR SOLAR CILINDRO PARABÓLICO

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SISTEMA FRESNEL

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SISTEMA TORRE CENTRAL

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SISTEMA DISCO STIRLING

SISTEMAS SOLARES TERMOELECTRICOS Los sistemas solares termoeléctricos son aquellos que transforman la radiación solar en energía térmica para después, con la energía térmica así producida, generar electricidad.

1.

sistemas colectores cilindro parabólicos

SISTEMA COLECTOR SOLAR CILINDRO PARABÓLICO

2.

sistemas de receptor central

SISTEMA TORRE CENTRAL

3.

discos parabólicos o Disco Stirling

SISTEMA DISCO STIRLING

LUZ SOLAR

RECEPTOR

4.

Sistemas Fresnel de foco lineal

SISTEMA FRESNEL

PRINCIPIO DE LA ENERGÍA SOLAR CONCENTRADA EL CALOR DESDE LOS COLECTORES SOLARES TÉRMICOS DE CONCENTRACIÓN ACCIONAN LAS TURBINAS DE VAPOR, DE GAS, O EL PISTÓN DE UN MOTOR, PARA GENERAR ELECTRICIDAD O ENERGÍA Y CALOR COMBINADO.

COLECTOR SOLAR DE CONCENTRACIÓN

TURBINA DE VAPOR Y GENERADOR

RED ELÉCTRICA DE UTILIDAD

PASO 1: LA LUZ SOLAR ES CONCENTRADA POR ESPEJOS PARABÓLICOS QUE CONTINUAMENTE SIGUEN LA POSICIÓN DEL SOL SOBRE EL CIELO

PASO 2:

EL CALOR SOLAR CONCENTRADO ES ABSORBIDO POR UN TUBO DE ACERO, Y TRANSPORTADO POR UN FLUIDO QUE CIRCULA POR DENTRO DEL TUBO

PASO 3: EL FLUIDO CALIENTE ES JUNTADO DE UN GRAN CAMPO DE COLECTORES DE CONCENTRACIÓN SOLAR Y BOMBEADO A UNA CENTRAL DE INTERCAMBIO DE CALOR

PASO 4: DENTRO DEL INTERCAMBIADOR DE CALOR, EL FLUIDO CALIENTE GENERA VAPOR SUPERCALENTADO CON PRESIONES POR ENCIMA DE 100 BAR

EL VAPOR SUPERCALENTADO ACTIVA LA TURBINA Y GENERA ELECTRICIDAD DE UNA PLANTA DE ENERGÍA DE CICLO DE VAPOR

Universidad Nacional Asociación Peruana Universidad Nacional San Antonio Abad del de Energía Solar de Ingeniería Cusco (APES)

X Simposio Peruano de Energía Solar Seminario Internacional sobre Tecnologías Económicas para la Descontaminación y Desinfección de Agua Cusco, 17 al 22 de noviembre de 2003

Seminario Internacional Energía Solar, Medio Ambiente y Desarrollo Cusco, 26 - 27 de abril de 2004

Auspician

Editado por: Manfred Horn Juan Rodriguez Patricia Vega

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Ministerio de Industria y Turismo

Municipalidad Provincial del Cusco Ministerio de Energía y Minas