Energía Solar Térmica.
Potencial para abastecer a procesos industriales.
Córdoba, noviembre de 2017.-
0- EL RECURSO DISPONIBLE
• La tecnología
1- QUÉ ESTÁ PASANDO GLOBALMENTE
2- QUÉ ESTA PASANDO EN ARGENTINA
• Ámbito técnico (en INTI) • Importadores - Comerciantes • Fabricantes de equipos • Capacitadores • Ámbitos Gubernamentales
3- QUÉ ESTA PASANDO EN LA INDUSTRIA
• Ejemplos productivos • Aspectos a considerar • Proyecciones & hojas de rutas
4- POTENCIAL EN LA INDUSTRIA ARGENTINA
• Dos proyectos evaluados en Córdoba
0- EL RECURSO DISPONIBLE
SOL
145.000.000 km
-tiempo = 8 min-
TIERRA
Insolación 1353 W/m2
Diámetro del Sol = 109 x diámetro de la Tierra Volumen del Sol = 1.311.000 x volumen de la Tierra
• radio de 650.000 Km • temperatura superficie 6.000 ºC
Radiación solar
1-Lo que Produce el SOL 400.000. 000. 000. 000. 000. 000. 000 = 4x1023 Watts
(al espacio en todas las direcciones)
2-Lo que alcanza a la TIERRA Una ínfima parte => I0 = 1353 W/m² (constante solar)
3-Lo que llega a la superficie Se reduce la radiación incidente por tres motivos:
• Reflexión: Parte es reflejada en la atmósfera. • Absorción: las partículas de la atmósfera retienen parte. • Dispersión: rebota contra las partículas que forman la atmósfera.
Radiación solar incidente
RADIACION SOLAR
Insolación Diaria Promedio Anual Superficie Horizontal Córdoba aprox 5 kWh/m2.día
Variación mensual de la insolación
Energía Solar Diaria
Pracchia 2014
NASA Surface meteorology and Solar Energy
Variación anual de la insolación
Pracchia 2014
La tecnología de baja temperatura
Tipos de colectores
Solar Payback 2017
Aplicaciones según procesos
Solar Payback 2017
Tecnología más difundida para baja temperatura
Colector de Tubos al vacío “All glas” ó “Heat Pipe”
Colector de Placa Plana “diferenciados” o “integrados”
Radiación solar y rendimiento del colector
• ¿Es mucho 800 w/m2? • ¿Qué significa esto en
comparación con otros consumos?
Algunas ventajas de la EST
Tecnología probada en el mundo: sencilla, confiable, de mantenimiento simple.
No tiene ninguna desventaja económica, ecológica o técnica Puede instalarse en edificios, comercios o industrias, y en condiciones climáticas diversas. La relación costo/beneficio (económico y ecológico) es especialmente conveniente en grandes instalaciones, edificios, hoteles, industrias. Es más barata inclusive que el calor obtenido con la combustión del Gas Natural.
Fortalece el desarrollo y la autonomía local: Es distribuida y no requiere financiación de grandes grupos o empresas. Crea más puestos de trabajo local que otras energías renovables, y especialmente en gente con especializaciones básicas (como MMO, plomeros, electricistas, etc.) Las empresas involucradas son Pymes locales. Además, hay una cantidad creciente de marcas en el mercado que aseguran una competencia abierta.
Es la energía renovable con mayores ventajas: Es la que más contribuye a disminuir GEI. Es la mucho más económica por MW instalado que la fotovoltaica y la eólica.
1- QUE ESTÁ PASANDO GLOBALMENTE
Potencia instalada globalmente de Renovables (2005 al 2015)
600 millones m2 instalados
Evolución global por región (año 2014).
SHC Programme (IEA; 2016)
Globalmente del año 2000 al 2015 se pasó de 62 GWth a 435 GWth de potencia instalada.
EL CRECIMIENTO GLOBAL EN LOS UTIMOS 15 AÑOS HA SIDO PRONUNCIADO
Top 10 markets de colectores para agua (año 2014).
SHC Programme (IEA; 2016)
Tendencia: Sistemas por tipo de aplicación (instalados en el 2014)
SHC Programme (IEA; 2016)
2- QUÉ ESTA PASANDO EN ARGENTINA
1. La tecnología está madura y las inversiones tienen retorno económico en poco tiempo con pocos riesgos.
2. Hay masa crítica de experiencias y equipos instalados que permite hacer un salto cuantitativo en cantidad de equipos en los próximos años.
3. La mitad de la población aún no tiene acceso directo al Gas Natural.
4. El país tiene atraso relativo respecto a países vecinos en la adopción masiva.
5. Los precios de los combustibles han aumentado y hay tendencia a seguir subiendo.
ELEMENTOS QUE HACEN PREVER UN AUMENTO SOSTENIDO DE ADOPCION DE LA TECNOLOGÍA SOLAR TÉRMICA.
Desarrollo nacional comparado (Año 2014)
País
China Alemania Italia España Dinamarca (55°) Suecia (59°) Brasil México Argentina
Metros cuadrados total Potencia instalada
(m2) 413.600.000
total (GWth) 289,5
18.256.700
12,8
4.006.444
2,8
3.450.433
2,4
957.341
0,7
497.178
0,4
11.017.333
7,7
2.817.077
2,0
60.000 a 70.000
0,05
Placa Plana (m2 )
31.550.000 15.734.000 3.425.404 3.119.167
927.644 256.651 7.411.321 1.044.082 --
Tubos de vacio (m2)
382.050.000 1.963.000 537.240 189.442 9.197 70.199 25.773 800.942 --
No vidriado (m2) 0 559.700 43.800 141.824 20.500 170.328
3.580.239 972.053 --
M2 colectores cada 1000 habitantes Israel => 50 Argentina => 1,5
El potencial de crecimiento en nuestro país es enorme.
2.1 - Ámbito técnico (en INTI)
Centro de Energías Renovables INTI www.inti.gob.ar/energias\_renovables/
Ensayos energéticos y durabilidad de equipos
Oferta INTI en evaluaciones de productos de energía solar térmica
Nombre y número de norma ISO
Tipo
Producción de energía para equipos domiciliarios. ISO
9459
Ensayos
Energéticos
Rendimiento térmico captadores. ISO 9806-20
Resistencia a altas temperaturas. ISO 9806-9 Determinación de la temperatura de estancamiento.
ISO 9806-10
Ensayo de Exposición. ISO 9806-11
Shock térmico externo. ISO 9806-12
Shock térmico interno. ISO 9806-13
Penetración de lluvia. ISO 9806-14 Resistencia a las heladas. ISO 9806-15
Ensayos de Durabilidad
Carga mecánica positiva. ISO 9806-16
Resistencia al impacto. ISO 9806-17
Presión interna. ISO 9806-6
Perdida de carga. ISO 9806-28
Inspección final. ISO 9806-18
Estado
Disponible.
Disponible Disponible Disponible Disponible No disponible Disponible No disponible Disponible No disponible Disponible Disponible Disponible Disponible
Normas IRAM en proceso de actualización
Orientación a diseñadores/ emprendedores
Empresa
1 Innovar 2 Vetak 3 Ventilación Teva 4 Energe 5 Vademarco 6 Genera 7 Cenit Solar 8 Montajes Rosario 9 Ñuke (MMJ S.R.L) 10 Oveon S.A (Calorsol) 11 Antú Nehúen 12 Calefacciones Refelme 13 Agromargen
Ubicación
San Luis Puerto Tirol - Chaco San Martin – Bs. As. Maipu – Mendoza Valentín Alsina – Bs. As. La Matanza – Bs. As. San Martin – Bs. As. Rosario – Santa Fe
Caseros – Bs. As. Rawson – Chubut Barrio Canal 5 - Neuquén Ruiz de Montoya - Misiones Pehuajó – Bs. As.
en Córdoba • Tügel Julia - FeboAsoma • Seco Francisco - Apolo Eco Diseño • Arnoletto Pedro – INSOL
Apoyo a fabricantes
Industrialización
Mejora Productiva
Energe - Innovar + Genera -
- Vetak - Teva
Montajes Rosario
Reducción de un 45 % en tiempos de fabricación
Selección, Orden y limpieza (5S) Capacitación de operarios Mejora de Infraestructura y Lay Out Gestión de stock e inventarios Documentación y manuales
Reducción del 15- 30% de costo en MOD
Certificación de instaladores
Mapeo y vinculación de actores
2.2 – Importadores - Comerciantes
Evolución local (al 2014)
País
China Alemania Italia España Dinamarca (55°) Suecia (59°) Brasil México Argentina
Metros cuadrados total Potencia instalada
(m2) 413.600.000
total (GWth) 289,5
18.256.700
12,8
4.006.444
2,8
3.450.433
2,4
957.341
0,7
497.178
0,4
11.017.333
7,7
2.817.077
2,0
60.000 a 70.000
0,05
Placa Plana (m2 )
31.550.000 15.734.000 3.425.404 3.119.167
927.644 256.651 7.411.321 1.044.082 --
Tubos de vacio (m2)
382.050.000 1.963.000 537.240 189.442 9.197 70.199 25.773 800.942 --
No vidriado (m2) 0 559.700 43.800 141.824 20.500 170.328
3.580.239 972.053 --
Datos procesados por INTI Energías Renovables 2015. Gráfico desactualizado, Se muestra solo a los fines de mostrar tendencia.
2.3 - Fabricantes de Equipos
CAPACIDAD PRODUCTIVA NACIONAL
• En 2016 había 11 EMPRESAS CON CAPACIDAD de +15.000 equipos/año.
• Hoy son 27 productores con una capacidad de 36.000. Solo se está APROVECHANDO EL 25% de dicha capacidad.
• Se siguen industrializando, con el acompañamiento del Ministerio de Producción. Además el INTI conformó, a través de un FONARSEC, un CONSORCIO PRODUCTIVO (Energe, Innovar, Vetak, Teva, Montajes Rosario).
• Recientemente se conformó la Cámara Argentina de Fabricantes de Equipos de Energía Solar Térmica (CAFEEST).
Industria nacional
2.4 - Ámbitos de Capacitación
Red de Formadores en Energías Renovables
Cursos y talleres Cursos a distancia Tecnicaturas Carreras de grado y maestrías
2.5 - Ámbitos Gubernamentales
Idea-proyecto de Ley Provincial
Destinatarios
1- Instituciones del sector público provincial: Obligatorio p nuevos edificios 2- Ámbito privado No residencial: Obligatorio p nuevos edificios 3- Viviendas se construyan a través de Pcia: Obligatorio p nuevos edificios 4- Sector privado residencial: Voluntario
• Viviendas residenciales particulares
• Edificios de propiedad horizontal
5- Piletas climatizadas: Obligatorio p nuevos edificios Beneficios
IMPOSITIVOS Descuento de impuestos Ley Promoción Industrial Nº 9727
FINANCIEROS Para la reglamentación.
Proyecto de Ley Nacional
Con pre dictamen de la Comisión de Minería, Energía y Combustibles
Financiamiento al usuario para adquisición e instalación.
Viviendas sociales. en 40 mil viviendas con equipos nacionales. El resto de las
adjudicaciones, depende de cada provincia y Municipio.
Sector privado residencial. obligatoriedad para nuevas construcciones.
Jerarquización de Instaladores
Requerimientos a equipos: Tanto a los nacionales como a los importados.
Se proyectan 1,2 millones de equipos instalados en 10 años
3- QUE ESTA PASANDO EN LA INDUSTRIA
Demanda global de Energía Térmica (calor)
Solar Payback 2017
Segmentos de mercado para aplicaciones industriales
Solar Payback 2017
Ejemplos productivos
Producción de agua caliente de baja temperatura
Fabrica de pinturas en Valladolid .
Estadio “UPC-Arena” en Graz, Austria.
Fuente: SOLID, Austria
Planta láctea Mevgal en Grecia
Planta de impresión y tinturas en China. SST 7.460 m2 - Fuente: AEE INTEC.
Industria láctea en Grecia – SST 706 kW.
Fuente: CRES - Solenergy Hellas S.A.
Industria Química en Egipto – SST 840 kW. Fuente: Fichtner Solar GmbH.
Industria Castellbisbal – Barcelona - España
Industria alemana.
Fuente : Wagner und Co Solartechnik.
Frigorífico Montesano. Tenerife, La Esperanza, España.
Planta Steinbach & Vollmann. SST: 400 m2 Heiligenhaus, Germany
Aire caliente. Maltería Lammsbräu. Alemania.
Lavandería industrial. Alemania.
Improved flat-plate collectors..
Otras aplicaciones
Plato parabólico (Arun dish) en industria láctea de la India. Fuente Clique Solar.
Secado solar directo de alimentos en Concentrador parabólico en industria láctea
la India. Fuente: Arun Energy
de México. Fuente: Inventive Power A.S.
“enclosed trough” for enhanced oil recovery . Photograph: GlassPoint Solar
Aire Caliente - Planta textil en Vietnam. Fuente: Grammer Solar
Enfriamiento solar sistemaammoniawater Chiller . Fuente: Haberle, 2011
Aspectos a considerar
1. Caletamiento de agua para lavado o limpieza.
SO-PRO; 2016.
2. Pre-calentamiento de agua para calderas
SO-PRO; 2016.
3 Calentamiento para baños industriales o bateas
SO-PRO; 2016.
4. Secado convectivo con aire caliente
SO-PRO; 2016.
Pasos a dar en una industria
1º- Conocer los consumos
3º- Hacer integración energética
2º- Hacer más eficiente el consumo
4º- Incorporar fuentes alternativas
Energy Service Company (ESCo)
Las empresas de servicios energéticos (ESCo) son un posible modelo para catalizar la adopción de la EST por la industria.
• En Europa se conocen como EPC o ‟Energy Performance Contractingˮ (contrato de rendimiento energético).
• En Estados Unidos se conocen como ‟third-party energy services agreementˮ (contrato de servicios energéticos de terceras partes).
Fracción solar
AUSTRIA
Fleischwaren Berger Productos cárnicos
Fracción solar 3,1%
SUDÁFRICA
Cape Brewing Company Empresa cervecera
Fracción solar 30%
INDIA
Amul Fed Dairy Planta de lechería
Fracción solar 0,6%
VIETNAM
ISA TanTec Curtiembre
Fracción solar 15%
Solar Payback 2017
Proveedores de equipos para la industria.
Oferta global según Solar Payback 2017
Proyecciones &
hojas de rutas
Hoja de Ruta para el sector industrial & agropecuario de China • A partir 2013: rápido incremento • Al 2020: 1,5% de la demanda será abastecida. • Período 2020-2030: Crecimiento interanual de 12%. • Período 2030-2050: Crecimiento interanual de 6%.
Fuente: Tsinghua University, China (2012)
Visión global de la energía solar para Calentamiento & Enfriameinto
IEA Roadmap: (by sector in EJ/a)
Escenario al 2050: el 45% de la EST sería para abastecer a procesos industriales de baja temperatura.
Crecimiento EST potencial en la industria
Plantas con sistemas EST registradas globalmente:
• 2012 =>120 - 88 MWth. • 2016 => + 500 - 291 MWth
X 20 ó X 30 veces
Solar Payback 2017
Potencial global de la EST en Industrias
Características de la Eenrgái en la Industra • Calor representa > 2/3 del total de la energía consumida • 1/2 de estos proceso requeiren calor < 400°C -media y baja temperatura• El calor es producido 40% con natural gas & 41% con petroleo.
Potencial • para el 2030 se podría abastecer de 15 EJ -10% de la demanda industrial• Se podría llegar hasta el 33%
Potencial para refrigeración: • En sectores como el alimenticio (IEA, 2007a; Taibi et al., 2012).
IRENA, 2014
Tipos de industrias con mayor posiblidad de permear
• Pequeñas y medianas. • Las que no tienen acceso al Gas Natural • Las que requieran agua a baja temepratura (40 – 80 °C ) • Las que tengan bajo consumo energético..
Rubros industriales más factibles: • Alimentos & bebidas • Agro-industrias • Textiles • Químicas • Bebidas • Materiales o piezas metálicas. • Procesos de lavado y limpieza.
4- POTENCIAL EN LA INDUSTRIA ARGENTINA
Aplicación de la Energía en Argentina. BEN 2015
40% DE LA ENERGÍA QUE SE USA
ES CON FINES TÉRMICOS
CONSUMOS DE ENERGÍA x APLICACIÓN
Aplicación/ Unidades
Miles TEP
Miles ton carbón
Térmica Electricidad Transporte Agropecuario No energético TOTAL
22.112 11.147 16.831 3.964 3.103 57.158
31.621 15.940 24.069 5.669 4.438 81.736
Millones Bolsas carbón 5 Kg
6.324 3.188 4.814 1.134 888 16.347
Distribución de la Energía Térmica.
Distribución de la Energía Térmica.
40% DE LA ENERGÍA TÉRMICA SE USA EN LA
INDISTRIA
CASI LA TALIDAD DE LA ENERGÍA TÉRMICA PARA LA INDISTRIA ES ABASTECIDA CON FUENTES FOSILES
BEN 2015
Sistema Gasífero – Energía desde la oferta
ADEMAS DE ABSTECER Agua Caliente Sanitaria, LA EST PUEDE AMPLIARSE
A OTROS SERVICIOS Y USUARIOS
ENARGAS 2016
Dos evaluaciones de viabilidad en 2017 de Proyectos en la provincia de Córdoba
Localización de potenciales recursos renovables en el país
Solar
Abastecimiento con redes de Gas Natural
• La infraestructura existente de Gas Natural en la provincia equivale a 2.800 km de gasoductos que llegan a 140 localidades, posibilitando el acceso a más de 2 millones de habitantes, y 30 mil industrias y comercios.
• La Provincia ejecuta un Plan Quinquenal de Infraestructura Gasífera 2015/2019, que consiste en 500 km de gasoducto y que alcanzará a 60 localidades y 180 mil habitantes, industrias y comercios.
ENARGAS 2016
1°PROYECTO - Fábrica de Quesos La Varense S.R.L.
Para abastecer de agua caliente de baja temperatura.
Planta ubicada en la localidad de Pozo del Molle, que para producir vapor en sus calderas usa Fuel Oil.
Sistema Solar Térmicos -SST- para: Estaciones CIP => SST 1 Grifos para limpieza manual => SST 2 Precalentamiento de caldera => SST 3
Cada SST está conformado por cuatro sub-sistemas: captación: 140 m2 (70 colectores solares conectados) acumulación: depósito de agua caliente de 10.000 litros circuito primario y secundario: tuberías, bombas, vaso expansión, etc. control y seguridad: elementos de seguridad
Los tres SST suman un aporte del 32% (promedio anual) de la demanda energética térmica de los tres destinos. Se estima una inversión necesaria de $ 2.500.000 para cada SST. Posibilidad de invertir en una sola etapa o en forma diferida.
Bajo las condiciones analizadas, el proyecto ofrece una rentabilidad de 21% anual, permitiendo una recuperar de la inversión en menos de 8 (ocho) años.
Teniendo en cuenta, además de la vida útil de la instalación es de 30 años, que los costos operativos son bajos, se dispondría de más de 20 años de energía térmica a costo cero, con un ahorro en gastos de combustible superior al 30% anual.
Trabajo realizado durante 2017 por Milagros CARRILLO y Khiara MAROZZI (tesistas UTN FRC) bajo la supervisión de Guillermo GARRIDO (Tutor por INTI-Córdoba) y Luis MOLINARI (Co-tutor por CADIEC).
2°PROYECTO – Galpón de cría de Gallinas ponedoras
Para abastecer de aire caliente.
Planta “Avícola Giuseppe” en la ciudad de Deán Funes.
GALPON:
Cría de gallinas ponedoras durante primeras 16 semanas de vida. El tiempo de vacío sanitario es de 4 semanas entre cada lote.
Al comienzo del ciclo los animales necesitan temp de 32ºC, y disminuye 1ºC por semana, hasta llegar a 26ºC; valor que se mantiene constante hasta finalizar las 12 semanas.
Dimensiones: 60 x 15 x 3,5 m = 3.150 m³
Construcción: Paredes de bloques huecos de hormigón, techo de chapa aislado por una manta aislante y suelo recubierto con cemento.
Calefacción: Sistema inteligente, con sensores y domótica. Dos salas de 3 x 3 m, en los extremos del Galpón, donde se alojan las dos calderas de aire caliente alimentadas por GLP.
La crianza se lleva a cabo en jaulas agrupadas en baterías. Capacidad para 50.000 aves.
Sistema Solar Térmico -SST- propuesto para producir Aire Caliente
Puede aportar en su conjunto, un salto térmico máximo de 27 ºC y en total, un aporte energético de 525 Kw/a/m². Cada línea o batería , se conforma de ocho colectores.
Superficie colectora 200 m². Aporte energético (medio anual) -fracción solar- 36%
Campo solar y sistema de montaje Ingeniería, Logística y Transporte Instalación SST
$ 1.242.000 $400.000
Crédito (70%) + Capital propio (30%) Tasa FONAPyME: fija y en pesos del 8% anual.
Recupero de la Inversión = 15 años
Trabajo realizado durante 2017 por Federico DEVALIS y Agustín MÁRQUEZ (tesistas UTN FRC) bajo la supervisión de Guillermo GARRIDO (Tutor por INTI-Córdoba) y Julia TÜGEL (Co-tutor por CADIEC).
¡Muchas Gracias!
Guillermo J. Garrido M.Sc. Ing. Ecología Industrial Unidad Técnica Química y Ambiente Centro Regional Córdoba Tel (351) 460 3974 int. 152 Cel (351) 153 876267 E-mail: ggarrido@inti.gob.ar
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