Modelado y análisis tecno-económico de plantas termosolares de receptor central hibridadas con fotovoltaica para aplicaciones de cogeneración de electricidad y agua desalada

Abstract

La desalación de agua de mar juega un papel importante en la lucha contra la escasez de agua dulce a la que se enfrentan actualmente muchos países del mundo. Es fundamental que un incremento en la capacidad instalada en desalación vaya acompañado del uso de fuentes de energía renovables en este proceso. Este trabajo presenta el modelado y análisis tecno-económico de una planta desaladora de ósmosis inversa de 250.000 m3/día de capacidad instalada y alimentada por una planta híbrida fotovoltaica y termosolar de receptor central en tres emplazamientos de las Islas Canarias. El objetivo principal de este proyecto es encontrar la combinación óptima de las plantas solares FV y CSP que proporcionan el menor coste nivelado de agua desalada y el menor potencial contaminante de gases de efecto invernadero asociado a la producción de agua desalada. Para ello, se simulan varios sistemas de alimentación de la planta de ósmosis inversa, tanto conectados a red como aislados de la red, en System Advisor Model y Excel. Como resultado del análisis se obtiene que con la hibridación FV+CSP se logra reducir el LCOW con respecto al coste real de producción de agua desalada sin subvenciones con alimentación de red, además de aumentar el CFRO con respecto a las plantas FV y CSP en solitario, alcanzándose niveles del 90% para la localización con mejor recurso solar. El emplazamiento de la planta afecta tanto a los costes de agua desalada como al factor de capacidad de la planta, debido a los diferentes niveles de radiación solar. Por otro lado, la configuración óptima de plantas FV y CSP acopladas, desde el punto de vista del coste de agua desalada, es más sensible a la capacidad de almacenamiento que a la potencia fotovoltaica instalada. Finalmente, hay diferencias entre los sistemas conectados a red y los aislados en cuanto a LCOW y en cuanto a emisiones asociadas a la desalación, pues los sistemas conectados a red minimizan el LCOW y los aislados de red minimizan las emisiones, por lo que la mejor solución depende de si se prioriza la economía o el medio ambiente. Abstract: Seawater desalination plays an important role when fighting the freshwater scarcity that many countries around the world are currently facing. It’s therefore essential that an expansion of desalination installed capacity is accompainied by the use of renewable energy sources in this process. This project presents the model and techno-economic analysis of a reverse osmosis desalination plant with a installed capacity of 250.000 m3/day powered by a hybrid photovoltaic and central reciever thermosolar plant at three sites in the Canary Islands. The main objective of this project is to find the optimal combination of solar PV and CSP plants that provide the lowest LCOW and the lowest greenhouse gas pollutant potential associated with the desalination process. For that purpose, various power systems are simulated, both connected to grid and stand alone, in System Advisor Model and Excel. As a result of the analysis, it’s obtained that with the hybridization of PV and CSP plants it’s possible to reduce LCOW with respect to the real cost of grid power desalination without subsides, in addition to increase CFRO with respect to the PV and CSP plants alone, reaching levels of 90% for the location with the best solar resource. The location of the plants affects both the costs of desalinated water and the capacity factor of the plant, due to different levels of solar radiation. Next, the optimal configuration of coupled photovoltaic and thermosolar plants, from the point of view of the LCOW, is more sensitive to storage capacity than to installed photovoltaic power. Finally, there are differences between grid-connected and stand alone systems in terms of LCOW and in terms of emissions, since grid-connected systems minimize LCOW and stand alone systems minimize emissions, for what the best solution depends on whether the economy or the environment is prioritized.