EVALUACIÓN TÉCNICA Y ECONÓMICA DE UNA PLANTA GENERADORA DE ENERGÍA ELÉCTRICA BASADA EN POZAS SOLARES EN COMUNIDADES RURALES

Abstract

La Política Chilena, Energía 2050, propone una estrategia de equidad y disponibilidad energética para la toda la población. Dónde uno de los lineamientos principales apunta a que en 2050 el 70% de la matriz energética provenga de energías renovables. Esta política prioriza el uso de las energías solar y eólica. No obstante, las tecnologías que se han incorporado en Chile (fotovoltaica, concentrador solar y turbina eólica) son muy dependientes de factores climáticos, lo que se traduce en un servicio intermitente de generación o elevados costos de almacenamientos.Como alternativa existen las pozas solares, que permiten colectar la radiación y almacenarla como energía térmica en grandes volúmenes permitiendo una generación de energía de mayor disponibilidad, y con escalas adaptables a la población abastecida.En este contexto se propuso evaluar y analizar la factibilidad técnica y económica de una planta de generación eléctrica basada en pozas solares en comunidades rurales de la zona norte, las que se caracterizan por una alta radiación solar, una población de baja densidad y alto nivel de dispersión en territorio. Para alcanzar este objetivo primero se evaluó el comportamiento térmico de una piscina de 3 [m] de ancho, 5 [m] de largo y una profundidad de 1,8 [m] con una radiación promedio de 275 [W/m2] para determinar la temperatura que alcanzaría la salmuera en la zona de almacenamiento térmico mediante una simulación en COMSOL Multiphysics. Se realizo una revisión y posterior selección de ciclos térmicos y fluidos de trabajo a utilizar para la generación de energía eléctrica con fuentes de baja temperatura según lo expuesto en la bibliografía. Posteriormente, se implementaron en Aspen HYSYS dos ciclos de generación: Kalina, ORC n-pentano; para determinar el ciclo más eficiente para la generación eléctrica a partir de esta tecnología. Finalmente, con los resultados obtenidos se realizó una estimación de CAPEX/OPEX y la correspondiente evaluación económica.Los resultados de la simulación en COMSOL, determino la temperatura de almacenamiento térmico para el fondo de la poza, alcanzando una temperatura máxima de 86,92 [°C]. Temperatura dentro del rango recomendado para la generación eléctrica con pozas solares. Como método de extracción de calor se propuso utilizar heat pipes, para esto de determinó de manera teórica el coeficiente global de transferencia de calor, el cual fue de 1.711 [W/m2K].Mientras que la simulación en HYSYS, determinó que el ciclo térmico más idóneo para la generación eléctrica con pozas solares es el ORC. Alcanzando una eficiencia un 10% más alta que las alcanzadas por el ciclo Kalina en sus distintas composiciones de fluido de trabajo.Como caso estudio se seleccionó abastecer a los poblados de Toconao y San Pedro de Atacama, los que cuenta con un suministro intermitente principalmente por falta de capacidad de generación. Adicionalmente, estos poblados se encuentran en la región de Antofagasta con índices de radiación solar promedio de 295 [W/m2].A partir de los resultados de la simulación de la conversión, más los parámetros climáticos del caso estudio seleccionado se calculó el área requerida para una generación de 1,6 [MW]. Con estos nuevos parámetros se volvió a simular en COMSOL, obteniendo una temperatura de fondo de poza de 84,68 [°C]. Determinando la factibilidad técnica del proyecto.A partir de la evaluación económica, se pudo determinar la factibilidad económica del proyecto, arrojando un VAN de 19.052 [USD], un TIR del 8% y se recuperaría la inversión en el año 11. Adicionalmente se estimaron los indicadores CAPEX y OPEX, obteniéndose como resultado 279 [USD/MWh] y 22 [USD/MWh], respectivamente.