DLR encuentra que la termosolar es ideal para descarbonizar la industria alemana
Una evaluación del costo/beneficio de cada tecnología de calor verde es oportuna, ya que los países que dependían más del gas ruso deben descarbonizar rápidamente la industria pesada a medida que los suministros de gas disminuyen de más del 40 % a menos del 10 % y el precio aumenta de 20 a 140 euros por MWh.
Importación y distribución de gas en Europa , IMAGE@Robert Pitz-Paal
En la sesión plenaria de la Conferencia SolarPACES 2022, celebrada este año en Nuevo México, el director del Instituto de Investigación Solar DLR , Robert Pitz-Paal, dijo a los asistentes que de las cuatro formas en que el calor renovable descarboniza la industria alemana, una de las mejores opciones para comenzar es la energía solar concentrada. térmico (CST).
Sin embargo, con el bajo recurso solar DNI de Alemania de 1000 kWh/m2, Europa central podría no parecer ideal para este tipo de energía solar, que genera calor al concentrar la luz solar reflejada de los espejos en los receptores solares para generar calor.
“Antes se pensaba que en este país no tiene sentido, no funciona; no hay suficiente sol, etcétera, pero en muchos casos es económicamente viable y vemos proyectos saliendo ahora mismo”, me dijo después.
“Pero con estos precios de gas tan altos, los colectores de concentración pueden reemplazar el gas para el calor de proceso o las redes de calefacción incluso en Alemania y los países de Europa Central. Los primeros proyectos comerciales muestran que se puede hacer, incluso en estos países, a un costo muy atractivo en comparación con el costoso gas”.
Calor solar en DNI bajo
Para permitir esta transición, el gobierno alemán ha ofrecido un subsidio del 55 % para acelerar la transición a la calefacción ecológica para los procesos industriales, lo que reduce el tiempo de amortización del CST a menos de 3 años.
En la presentación, Pitz-Paal comparó los pros y los contras de las cuatro opciones renovables disponibles para reemplazar la combustión de combustibles fósiles por calor; hidrógeno verde a partir de electrólisis, energía solar térmica concentrada, geotermia y biomasa.
La conclusión es que, de las cuatro opciones renovables, CST tendría el uso de la tierra más bajo, el costo más bajo y, lo que es más sorprendente para Europa, un recurso solar adecuado para temperaturas de hasta 400 °C utilizadas por muchas industrias.
A medida que los países de la UE aceleran la eliminación de los combustibles fósiles, las opciones renovables para el calor industrial se vuelven importantes IMAGE@EMBER
Las opciones de calor renovable:
1. Hidrógeno verde
En Europa, la fotovoltaica cuesta alrededor de 6 céntimos de euro por kWh. La electrólisis fotovoltaica o eólica de hidrógeno para el calor de combustión sería más costosa. “Convertir la electricidad solar en hidrógeno y luego quemarlo es una forma muy costosa de usarla”, explicó.
«El costo del calor de la combustión de este hidrógeno es significativamente superior a 15 o 20 céntimos de euro por kilovatio hora, por lo que hoy en día no es realmente competitivo reemplazar el gas solo para generar calor de proceso».
2. Termosolar de concentración
Incluso en Alemania, la energía solar térmica concentrada puede generar calor a 400 °C las 24 horas del día con almacenamiento térmico, o puede dirigirse a plantas combinadas de calor y energía (CHP) para producir energía y calor a 250 °C en un sistema existente.
“Hoy, estas plantas de cogeneración funcionan con combustibles fósiles”, dijo. “En una planta de CHP, obtienes ambos; equipo de electricidad y proceso. Ejecutarlo con energía solar térmica concentrada es sencillo: solo entrega el calor almacenado en sales fundidas a la planta de cogeneración para generar ese vapor en lugar de quemar gas”.
No toda la energía solar térmica es concentrada. Para temperaturas más bajas, los colectores de placa plana o los colectores de tubos de vacío son bien conocidos para ayudar a generar agua caliente para los hogares, por ejemplo. Pero para el tipo de calor confiable las 24 horas que necesita la industria; la forma concentrada puede suministrar de manera más constante calor a temperaturas aún más bajas con almacenamiento de energía térmica.
3.Geotérmica
La energía geotérmica podría suministrar calor las 24 horas del día, ya sea directamente o mediante la entrega a una unidad CHP para calor y energía. Pero encontrar el lugar perfecto para encontrar el recurso geotérmico subterráneo es impredecible. Esta incertidumbre significa un alto riesgo para los prestamistas, lo que eleva el costo, señaló.
“Hemos experimentado la situación en Alemania de que al perforar un pozo de un kilómetro de profundidad no se encuentra la fuente de calor esperada de 200 °C a 300 °C. Así que se pierde la inversión de tiempo y energía en la búsqueda”.
4.Biomasa
La biomasa, si bien es capaz de generar calor a partir de la combustión a más de 1000 °C para las necesidades de alta temperatura del acero o el cemento, tiene limitaciones de uso del suelo. Lo que realmente utiliza la industria es el biogás, pero no hay suficiente disponible para satisfacer las necesidades de los procesos industriales.
Opciones renovables para calor industrial: Europa central IMAGE@Robert-Pitz-Paal
Lo que se necesita: nueva experiencia en ingeniería solar
Un obstáculo es que la ignorancia de todas las opciones para el calor renovable es bastante común dentro de los tipos de industrias que necesitan calor renovable, dijo: “La industria está más familiarizada con el gas, el petróleo y el carbón. Una alternativa obvia a ellos es la electricidad solar fotovoltaica y luego usar calentadores eléctricos. Sin embargo, la energía fotovoltaica requiere tres veces más tierra que la TDC para producir la misma cantidad de calor, por lo que producir calor con la energía fotovoltaica cuesta más que con la TCS”.
Las empresas que suministran calor solar han ido surgiendo, y los reguladores que entienden las ventajas del calor solar crearon un subsidio del 55 % en Alemania que reduce el tiempo de amortización a menos de 3 años. Sin embargo, la adopción de la energía solar térmica concentrada para el calor industrial sigue siendo lenta, ya que hay poca conciencia de la tecnología en Alemania.
“Incluso si una empresa compradora ha oído hablar de esta opción, muchas empresas de ingeniería no conocen la tecnología y, por lo tanto, no la recomiendan”, explicó Pitz-Paal.
“Necesitamos educar a las personas para que hagan el diseño correctamente y realmente desarrollen la experiencia en este campo. Necesitamos gente que sepa hacerlo y necesitamos ver más proyectos de referencia en Alemania. Los laboratorios de investigación públicos como DLR pueden respaldar esto, por ejemplo, proporcionando herramientas de simulación para que las empresas de ingeniería puedan realizar un análisis y diseño adecuados y ayudar a monitorear el rendimiento en funcionamiento para garantizar que dichos proyectos se conviertan en un éxito técnico”.
