La energía solar térmica para el calor industrial con ENESTRA
Proyectos de ejemplo - Casos prácticos
Caso práctico: Energía solar térmica para la producción de cobre en Minera Centinela (Chile)
Datos
Empresa Minera Centinela (antes Minera El Tesoro)
Región Antofagasta, Chile
Sector Minería – Extracción de cobre
Ámbito de aplicación
Suministro de calor de proceso renovable para el proceso de electrolisis (electrowinning) en la producción de cobre.
Situación inicial
La extracción de cobre en el norte de Chile es uno de los sectores industriales que más energía consumen del país. Para el proceso de extracción electrolítica, la solución electrolítica debe mantenerse continuamente a una temperatura determinada. Debido a la radiación solar extremadamente elevada en el desierto de Atacama, resulta conveniente utilizar instalaciones solares térmicas para reducir el consumo de combustibles fósiles destinados a este calor de proceso.
Solución tecnológica
Minera Centinela instaló una planta solar térmica basada en colectores de canal parabólico para suministrar calor de proceso industrial.
La planta incluye:
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16 700 m² de colectores de canal parabólico
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Calor de proceso en el rango de 80-85 °C
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Acumulador de calor integrado
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Cobertura de aproximadamente el 55 % de las necesidades de calor de proceso
El calor solar se utiliza para calentar la solución electrolítica y sustituye a una parte considerable del calor que hasta ahora se generaba de forma convencional.
Resultados
Superficie de los colectores aprox. 16 700 m²
Tipo de colectores Colectores de canal parabólico
Temperatura de proceso 80–85 °C
Acumulador de calor disponible
Porcentaje de calor aportado por energía solar aprox. 55 %
Producción anual aprox. 24 800 MWhth
Contexto
Minera Centinela fue una de las primeras empresas mineras del mundo en utilizar la energía solar térmica a escala industrial para el calor de proceso.
Cabe destacar que, en este caso, la energía solar térmica no se utiliza para generar electricidad, sino que contribuye directamente a una fase de producción que consume mucha energía. El calentamiento de la solución electrolítica forma parte de las necesidades térmicas continuas de una mina de cobre y, por lo tanto, se presta muy bien a la integración de sistemas solares térmicos.
Ficha técnica de la tecnología
Sector Minería del cobre
Tecnología Energía solar térmica con colectores de canal parabólico
Superficie de colectores aprox. 16 700 m²
Rango de temperatura 80–85 °C
Acumulador de calor disponible
Producción anual de calor aprox. 24 800 MWhth
Porcentaje de cobertura solar aprox. 55 %
Fuentes
Fuente principal
Fraunhofer Chile Research – Reducción del consumo energético en la industria minera mediante energía solar (ponencia del Prof. Dr. Werner Platzer, Expomin 2016). Datos sobre Minera Centinela en la descripción general del proyecto, así como explicaciones sobre la integración de calor solar térmico para procesos.
Caso práctico: Calor de proceso con apoyo solar en una fábrica de cerveza
Datos
Empresa Badische Staatsbrauerei Rothaus AG (Alemania)
Ámbito de aplicación Descarbonización del calor de proceso industrial en la industria de las bebidas
Situación inicial
El proceso de elaboración de la cerveza requiere calor a alta temperatura de forma continua. La cervecería ya utilizaba astillas de madera como fuente de calor y buscaba otras posibilidades para reducir el uso de combustibles fósiles.
Solución
En 2018 se instaló una planta de energía solar térmica con unos 1.000 m² de colectores de tubos de vacío. La instalación suministra, a través de una red de calor independiente, calor de proceso a más de 85 °C, en particular a dos instalaciones de lavado de botellas. Un acumulador de agua caliente de 50 m³ permite el almacenamiento temporal del calor solar y favorece un funcionamiento flexible. Debido al mayor volumen de producción en los meses de verano, el calor solar generado puede aprovecharse en gran medida de forma directa.
Resultados
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Producción de energía solar térmica de unos 400 MWh al año
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Ahorro de unas 120 toneladas de CO₂ al año
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Reducción del consumo de combustibles fósiles
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Integración de la energía térmica renovable en los procesos de producción existentes
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Aprovechamiento de la energía solar térmica también fuera de los horarios de producción para calentar las reservas de agua de elaboración de cerveza.
Conclusiones
Este estudio de caso demuestra que la energía solar térmica no solo es adecuada para la calefacción de edificios, sino que también puede contribuir a procesos industriales con requisitos de alta temperatura. Su uso resulta especialmente rentable cuando la demanda de calor coincide estacionalmente con la radiación solar, como ocurre en las fábricas de cerveza, cuya producción es mayor durante los meses de verano. La combinación de energía solar térmica, acumuladores de calor y el suministro de calor sostenible ya existente puede reducir aún más el uso de combustibles fósiles y mejorar la huella de CO₂.
Ficha técnica
Sector Industria alimentaria y de bebidas
Tecnología Energía solar térmica para calor de proceso
Rango de temperaturas > 85 °C
Acumulador de calor Acumulador de agua caliente de 50 m³
Superficie de colectores aprox. 1.000 m²
Rendimiento solar anual aprox. 400 MWh
Reducción de CO₂ aprox. 120 t/año
Fuente:
Brewing4EU – Transición a la energía solar de la cervecería Rothaus en Alemania
Caso práctico: Almacenamiento estacional de calor para una red de calefacción urbana solar en Vojens (Dinamarca)
Datos
Empresa Vojens District Heating (Vojens Fjernvarme), Dinamarca
Sector Suministro municipal de calor / calefacción urbana
Ámbito de aplicación
Suministro de calor renovable a una red municipal de calefacción urbana mediante energía solar térmica y almacenamiento estacional de calor.
Situación inicial
La ciudad danesa de Vojens se ha fijado el objetivo de aumentar considerablemente la proporción de energías renovables en el suministro de calor y, al mismo tiempo, reducir las emisiones de CO₂ de la red de calefacción urbana. Un reto especial consistía en hacer que el calor solar generado en verano estuviera disponible también durante los meses de invierno, cuando la demanda de calor es mayor.
Solución tecnológica
En 2016 se puso en funcionamiento una planta solar térmica a gran escala con una superficie de colectores de unos 70 000 m² y una potencia térmica de 49 MW.
El elemento central del sistema es un acumulador estacional subterráneo (Pit Thermal Energy Storage, PTES) con un volumen de almacenamiento de 200 000 m³. La energía solar térmica generada en verano se almacena en este acumulador lleno de agua y puede conservarse durante varios meses prácticamente sin pérdidas. Durante la temporada de calefacción, el calor se extrae de nuevo y se inyecta en la red de calefacción urbana.
Para garantizar la seguridad del suministro, el sistema se complementa con otros generadores de calor, entre los que se incluyen motores de gas, una caldera de electrodos, una bomba de calor de absorción y calderas de gas.
Resultados
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Superficie de colectores solares térmicos: 70 000 m²
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Potencia térmica: 49 MW
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Acumulador térmico estacional: 200 000 m³
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Suministro a unos 2 000 hogares
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Más del 50 % de la demanda anual de calor se cubre con energía solar.
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Reducción de las emisiones de CO₂ de unas 6 000 toneladas al año.
Contexto
La instalación de Vojens se considera uno de los ejemplos más destacados a nivel internacional de la combinación de energía solar térmica y almacenamiento térmico estacional. Mientras que los sistemas de almacenamiento térmico convencionales suelen conservar el calor solo durante horas o unos pocos días, el depósito subterráneo permite almacenarlo durante varios meses. De este modo, una parte considerable de la energía solar térmica generada en verano puede aprovecharse en invierno.
El proyecto demuestra que los grandes sistemas de almacenamiento de calor pueden desempeñar un papel clave en la descarbonización de las redes de calefacción municipales. En particular, las regiones con una infraestructura de calefacción urbana bien desarrollada pueden aumentar considerablemente la proporción de energías renovables mediante el almacenamiento estacional y, al mismo tiempo, reducir el uso de calderas de combustible fósil para cubrir los picos de demanda.
Ficha técnica de la tecnología
Sector Calefacción urbana
Tecnología Energía solar térmica con acumulador estacional subterráneo (PTES)
Superficie de colectores 70 000 m²
Potencia térmica 49 MW
Acumulador de calor 200 000 m³
Hogares abastecidos aprox. 2 000
Porcentaje de cobertura solar > 50 %
Ahorro de CO₂ aprox. 6 000 t/año
Fuentes
Solar Heat Europe – Calefacción urbana solar con el mayor sistema de almacenamiento térmico en fosa del mundo
Solar Heat Europe – Calefacción urbana de Vojens
Caso práctico: Energía solar térmica para el procesamiento industrial de la carne
Datos
Empresa Fleischwaren Berger GmbH & Co. KG (Sieghartskirchen, Baja Austria)
Sector Industria alimentaria – Producción de carne y embutidos
Ámbito de aplicación
Suministro de calor de proceso renovable para la elaboración de jamones y embutidos.
Situación inicial
La fabricación de productos cárnicos y embutidos de alta calidad requiere cantidades considerables de energía térmica. El calor de proceso se necesita, entre otras cosas, para la generación de vapor, los procesos de cocción y el acondicionamiento de las instalaciones de maduración y secado. El objetivo de la empresa era reducir de forma permanente el consumo de combustibles fósiles y hacer que el suministro energético fuera más sostenible.
Solución tecnológica
En la planta de producción se instaló una gran planta solar térmica con una potencia de 750 kW y una superficie de colectores de unos 1.067 m².
El calor solar generado se integra en dos procesos de producción fundamentales:
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Precalentamiento del agua de alimentación de la caldera de vapor, que suministra vapor de proceso a la producción de jamón.
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Suministro de calor para los procesos de maduración y secado de embutidos de larga conservación.
Un acumulador de 60 m³ permite el almacenamiento temporal de la energía solar térmica y garantiza que la energía pueda integrarse en el proceso de producción según las necesidades. De este modo, el rendimiento de la energía solar puede aprovecharse de forma eficiente incluso cuando la radiación solar es variable.
Resultados
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Superficie de colectores: aprox. 1.067 m²
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Potencia térmica: 750 kW
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Acumulador térmico: 60 m³
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Ahorro de unos 62 500 litros de gasóleo de calefacción al año
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Reducción de las emisiones de CO₂ en unas 219 toneladas al año (según la fuente, también se indican unas 145 t de CO₂; la cifra más alta la publica Austria Solar).
Conclusión
El estudio de caso demuestra que la energía solar térmica no solo es adecuada para el agua caliente o la calefacción de edificios, sino que también puede contribuir a procesos de producción industrial exigentes.
Resulta especialmente interesante la combinación de varias aplicaciones dentro de una misma empresa. En Fleischwaren Berger, la energía solar térmica se utiliza tanto para la generación de vapor como para los procesos de maduración y secado. De este modo, aumenta el autoconsumo del calor generado y mejora la rentabilidad de la instalación.
La integración en las instalaciones de producción existentes demuestra, además, que el calor de proceso renovable a menudo puede implementarse como complemento de los generadores de calor existentes, sin necesidad de reestructurar todo el suministro energético.
Ficha técnica
Sector Transformación cárnica
Tecnología Energía solar térmica para calor de proceso
Superficie de colectores aprox. 1.067 m²
Potencia térmica 750 kW
Acumulador de calor 60 m³
Aplicaciones Calderas de vapor, procesos de maduración y secado
Ahorro energético aprox. 62 500 litros de gasóleo de calefacción al año
Reducción de CO₂ hasta 219 t al año
Fuentes
Austria Solar – Galería: Fleischwaren Berger
SOLID – Caso de éxito: Fleischwaren Berger
Caso práctico: Energía solar térmica para calor de proceso en la elaboración de productos lácteos (California)
Datos
Empresa Una planta de elaboración de productos lácteos en el sur de California (EE. UU.)
Sector Industria alimentaria y de bebidas – Elaboración de productos lácteos
Ámbito de aplicación
Suministro de calor de proceso renovable para procesos de secado con alto consumo energético en la fabricación de productos lácteos.
Situación inicial
La empresa lleva muchos años produciendo diversos productos lácteos, entre ellos mantequilla, leche de consumo y leche en polvo. Una parte significativa de la demanda energética corresponde a los procesos térmicos, especialmente al secado. El objetivo de la empresa era cubrir parte de las necesidades de calor mediante energía renovable y reducir el consumo de combustibles fósiles.
Solución tecnológica
Para complementar el suministro de calor de proceso, se instaló una planta solar térmica industrial. La planta genera calor para los procesos de producción y está integrada en el sistema energético existente. De este modo, una parte del calor de proceso necesario puede obtenerse a partir de la energía solar, sin modificar de forma sustancial los procesos de producción. La energía solar térmica complementa el suministro de calor existente y contribuye a reducir el consumo de combustible.
Contexto
El caso práctico pone de manifiesto que la energía solar térmica no se limita a la calefacción de edificios o al agua caliente. También en la industria alimentaria es posible apoyar los procesos térmicos industriales con energía renovable. Esto resulta especialmente interesante para las empresas con una demanda de calor continua a lo largo del año, ya que el calor solar generado puede integrarse directamente en los procesos de producción.
La industria láctea es uno de los sectores con una elevada demanda de energía térmica. Aplicaciones como la pasteurización, la limpieza (CIP), la evaporación o el secado ofrecen, en principio, un gran potencial para el uso de calor solar en los procesos. El estudio de caso muestra cómo se pueden descarbonizar gradualmente las instalaciones de producción existentes sin necesidad de sustituir todo el suministro energético.
Ficha técnica de la tecnología
Sector Transformación láctea
Tecnología Energía solar térmica para calor de proceso
Ámbito de aplicación Procesos de secado industrial
Objetivo Reducción del calor de proceso procedente de combustibles fósiles
Integración Complemento a la generación de calor existente
Sostenibilidad Reducción de las emisiones de CO₂ y de los costes energéticos
Fuente:
SOLID – Industria láctea en California