El objetivo del proyecto de SHIP2FAIR R&D es investigar el potencial de la integración del calor solar en los procesos industriales de las industrias alimentaria y agroalimentaria. En este contexto, como parte del alcance del proyecto, Industrial Solar llevó a cabo exhaustivos estudios de replicación utilizando la Herramienta de Replicación desarrollada en el proyecto. Esta herramienta puede utilizarse para determinar la viabilidad de implantar soluciones termosolares en industrias seleccionadas.
A continuación, se resumen las principales conclusiones técnicas y financieras del estudio SHIP2FAIR Replication Tool. Además, se incluye una visión general de uno de los estudios de caso realizados para una planta química. (Este artículo se basa en los resultados presentados en la Conferencia Sustainable Places celebrada en Madrid en junio de 2023).
Conclusiones técnicas
La Herramienta de Replicación permite el desarrollo de estudios técnicos para comparar tecnologías termosolares seleccionadas en contextos específicos. Las tecnologías aplicables son las siguientes:
- Colector de placa plana (FPC)
- Colector de tubos de vacío (ETC)
- Colector parabólico compuesto lineal (CPC)
- Colector de placa plana de alto vacío (HVFP)
- Colector parabólico pasante (PTC) (sin aislamiento al vacío)
- Colector lineal Fresnel (LFR)
En cuanto a la comparación de tecnologías solares adecuadas, HVFP y LFR se revelaron como las tecnologías solares más adecuadas para diferentes rangos térmicos.
- La HVFP resultó óptima para satisfacer demandas térmicas ligeramente inferiores a 100°C.
- Los colectores Fresnel resultaron eficaces para demandas térmicas entre 100 y 200°C
En cuanto a los obstáculos, la disponibilidad de espacio fue la principal limitación para la integración del calor solar en las instalaciones industriales. Debido a la limitada disponibilidad de espacio, en la mayoría de los casos se podía satisfacer hasta el 10% de la demanda de calor con sistemas solares térmicos. Esta es una conclusión natural cuando el tamaño de la instalación es demasiado pequeño para marcar una diferencia más considerable en las operaciones.
Sin embargo, los emplazamientos con amplio espacio, incluidas las instalaciones en el suelo, demostraron tener potencial para alcanzar elevadas cuotas solares. Concretamente, este potencial oscilaba entre el 50% y el 80% de la demanda de calor, especialmente cuando se añadía almacenamiento térmico a los sistemas.
El aspecto medioambiental de los sistemas de calor solar
En cuanto a las emisiones de gases de efecto invernadero, el porcentaje de emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) evitadas estaba estrechamente correlacionado con la cuota solar en la demanda total de calor. Así, las mayores cuotas solares condujeron a reducciones significativas de las emisiones de GEI en comparación con los escenarios de referencia. Así, la cantidad absoluta de emisiones de GEI evitadas también se vio influida por el tipo de combustible utilizado en la línea de base. Normalmente se trata de gas natural, salvo en algunos casos en los que se utiliza carbón u otros combustibles.
Conclusiones financieras
La comparación de la HVFP y la LFR en cuanto al coste nivelado del calor (LCOH) y el tiempo de recuperación de la inversión (PBT) muestra una variabilidad significativa en función de diversos factores. Por ejemplo, la relación entre la inversión inicial en la planta termosolar (incluido el almacenamiento) y la producción anual de energía térmica del emplazamiento desempeñó un papel crucial a la hora de determinar el LCOH y el PBT. Además, los costes básicos de producción de energía térmica, que dependían del tipo de combustible, el precio y la eficiencia de la caldera, también influyeron mucho en los resultados financieros.
Un punto que cabe destacar sobre los precios de los combustibles es que todos los estudios de replicación se basaron en los precios de los combustibles antes de la crisis energética de 2022. Por lo tanto, teniendo en cuenta la importante subida de los precios del gas natural en 2022, la implantación de sistemas termosolares en la actualidad podría dar lugar a resultados financieros aún mejores.
Por otro lado, la evaluación del rendimiento financiero no incluyó ningún incentivo público. La inclusión de incentivos y ayudas públicas adecuadas podría aumentar aún más la rentabilidad de las inversiones en proyectos termosolares.
Conclusión general
Las tecnologías termosolares presentan un enorme potencial para su implantación en diversos sectores industriales caracterizados por una importante demanda de energía térmica. El éxito de la integración de la energía solar térmica depende de factores específicos del emplazamiento. Estos incluyen la disponibilidad de recursos solares (latitud y condiciones locales) y espacio suficiente para la instalación de colectores solares térmicos.
Estudio de caso de la herramienta de replicación SHIP2FAIR para una planta química
En estudio de replicación centrado en una planta química de España. Esta planta produce limpiadores industriales, productos de cuidado personal y otros productos similares. Su suministro de calor actual es una caldera de vapor de gas natural para alimentar varios procesos que funcionan 24 horas al día, 7 días a la semana. El proceso analizado para este estudio funciona a 195°C con vapor a 13 bares. Finalmente, la demanda térmica anual de esta planta química es de 13.205 MWh, y las emisiones de dióxido de carbono asociadas son de 3401 toneladas. En el módulo de simulación, la superficie de suelo disponible considerada es de 26.245 m². Las tecnologías seleccionadas y su área de apertura de colectores son las siguientes:
In the simulation module, the considered available ground area is 26.245 m². The selected technologies and their collector aperture area are as follows:
- Colectores cilindro-parabólicos (CCP): 13.123 m2
- Reflectores lineales de Fresnel (LFR): 19.684 m2
- Placa plana de alto vacío (HVFP): 14.566 m2
A continuación, te ofrecemos algunas conclusiones y sus representaciones gráficas del estudio de simulación.
Comparaciones tecnológicas y resumen de resultados
Según esta tabla, la LFR produce más calor solar que otras tecnologías durante todo el año. Especialmente en los meses de verano, cuando hay un excedente de producción de calor, el calor sobrante puede almacenarse parcialmente o utilizarse para otros procesos.
Además, el LCOH y el periodo de retorno de la inversión disminuyen a medida que aumenta la capacidad de almacenamiento, como se muestra en las dos tablas siguientes.
Aunque todas las tecnologías contribuyen a reducir las emisiones de CO2, la tabla siguiente muestra que los colectores Fresnel alcanzan algo más de 30.000 toneladas de reducción a lo largo de su vida útil. En los casos de PTC y HFVP, sus ahorros alcanzan algo más de 20.000 toneladas, con el mayor almacenamiento térmico considerado.
En general, el proyecto de SHIP2FAIR R&D y la herramienta de replicación han demostrado de forma concluyente que el calor solar puede ser una solución eficaz y respetuosa con el medio ambiente para las industrias. Diversas tecnologías solares térmicas, con especial énfasis en los colectores Fresnel, son muy prometedoras para satisfacer la demanda de energía térmica de las industrias alimentaria y agroalimentaria.
Si se tienen en cuenta los factores específicos del emplazamiento, se aprovecha el espacio disponible y se adopta la tecnología solar adecuada, las empresas pueden contribuir significativamente a la sostenibilidad de sus operaciones, reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y lograr la viabilidad financiera en su integración del calor solar. La adopción de colectores Fresnel u otras tecnologías solares térmicas en proyectos de calor de proceso puede abrir el camino hacia un futuro más ecológico y sostenible para el sector industrial.
