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EFICIENCIA

Un estudio investiga el potencial de distritos térmicos en Arabia Saudita

Por: Susan Kraemer Para: solarpaces.org Fecha: noviembre de 2018

En lugar de utilizar aires acondicionados que funcionan con combustibles fósiles, los investigadores de la Universidad de Bérgamo, Guiseppe Franchini y Antonio Perdichizzi, proponen una tecnología de refrigeración alternativa; Usar energía solar térmica para proporcionar refrigeración a partir de un distrito térmico en el Reino de Arabia Saudita.

Su estudio de los aspectos económicos del enfriamiento del distrito solar se publicó en Energy Conversion and Management, en Predicción del rendimiento de un sistema de enfriamiento del distrito térmico en Riyadh, Arabia Saudita, un estudio de caso.

“Nuestra solución propuesta es un sistema de distrito térmico solar para nuevos asentamientos en Arabia Saudita. Este concepto combina el enfriamiento solar y el enfriamiento de distrito”, dijo Franchini.

El estudio tiene implicaciones para el clima. Con una de las tasas de consumo de energía per cápita más altas del mundo, el enfriamiento representa más del 70% del uso de electricidad en el clima cálido de Arabia Saudí durante todo el año. Pero el Reino sigue produciendo esta electricidad casi enteramente usando combustibles fósiles, a pesar de su abundante recurso solar.

Una aplicación más amplia en el futuro más caliente del mundo

El uso del calor solar para el enfriamiento del distrito ha aumentado el interés, ya que se espera que aumente la necesidad de enfriamiento a medida que el clima se calienta, no solo en Arabia Saudita, sino en muchas regiones.

“El cambio climático es un buen desafío debido al aumento de la carga de enfriamiento esperada debido al aumento de las temperaturas”, agregó Franchini.

“Entonces, esta tecnología podría ser interesante también para otros lugares como en el Mediterráneo. En Italia, por ejemplo, las cargas de refrigeración aumentan cada vez más con las temperaturas más altas en el verano. Así que esta tecnología puede tener una buena aplicación también en otros países “.

Al comienzo de su investigación, Perdichizzi y Franchini determinaron que las soluciones basadas solo en PV presentan algunos puntos débiles: el principal problema crítico está relacionado con el almacenamiento eléctrico por baterías para sistemas de gran tamaño. Así que su enfoque se convirtió en tecnologías de energía solar térmica. Pero, ¿qué tecnología sería mejor?

“Nuestra investigación estaba comparando el enfriamiento solar del distrito de los colectores parabólicos o el enfriamiento solar de los colectores de tubos evacuados”, dijo Perdichizzi.

“Uno se basa en un enfriador de absorción de una sola etapa accionado por colectores de tubos de vacío que funcionan a temperaturas medias. El segundo se basa en enfriadores de absorción de dos etapas impulsados ​​por canales parabólicos que operan a una temperatura más alta, alrededor de 170 ° C “.

Los canales parabólicos derrotan la energía solar térmica de “techo”

Dado que un enfriador de absorción no requiere temperaturas muy altas para enfriarse (aproximadamente 170 ° C para doble etapa y 100 ° C para una sola etapa), la elección obvia parece

ser el típico colector solar térmico en la azotea, como se usa popularmente Para calentar piscinas o hacer agua caliente en hogares a temperaturas comparativamente bajas.

Sin embargo, después de comparar los dos, encontraron que un campo solar parabólico sería el más económico.

En este caso, los colectores solares no estarían conectados a un bloque de energía, como lo harían para generar electricidad (normalmente a unos 400 ° C en la CSP). En cambio, los espejos curvos simplemente se usarían para concentrar la energía solar con el fin de calentar el agua a solo 170 ° C.

El estudio asumió un distrito propuesto de 100 edificios, con cada estructura con capacidad para diez personas.

Usando colectores parabólicos, el campo solar necesario ocuparía unos 9,000 metros cuadrados: un poco más grande que un campo de fútbol. Pero se necesitaría mucho más espacio, aproximadamente 15,000 metros cuadrados, para suministrar la energía térmica necesaria desde los colectores solares de “techos” de tubos evacuados.

Necesidad de temperatura relativamente baja

El campo solar suministraría un enfriador de absorción de dos etapas, a menos de la mitad de la temperatura producida por la CSP de canal para generar electricidad en un bloque de energía.

“El enfriador de absorción de dos etapas es impulsado por agua caliente a solo 170 ° C y produce agua enfriada a 5 o 7 ° C, que se utiliza para el enfriamiento del distrito”, explicó Franchini.

“Los enfriadores de absorción de dos etapas pueden ser impulsados ​​por diferentes fuentes; Por vapor, o por agua a presión. En nuestro caso, suponemos que es impulsado por agua líquida presurizada y calentada por el canal parabólico, por lo que nuestro esquema se basa en el campo de los canales parabólicos que producen una temperatura de agua caliente presurizada de 170 ° C “.

¿La forma más rentable de cubrir una carga máxima muy breve?

Los investigadores optaron por no cubrir el 100% de la necesidad de enfriamiento anual, porque la carga máxima, de 4 a 5 MW, generalmente es solo durante una semana en verano. Un enfriador eléctrico auxiliar cubriría ese breve pico.

“Normalmente, una fracción solar del 100% es demasiado alta porque significa sobredimensionar el campo solar, pero el enfriador de absorción solo se usará unas pocas horas al año. Entonces, el diseño es para una fracción solar de enfriamiento de aproximadamente el 80% ”, explicó Perdichizzi.

“El 20% restante estaría cubierto por un enfriador convencional auxiliar que usa electricidad”.

Las tuberías aisladas de 12,000 metros en todo el distrito constituyen, en cierto sentido, almacenamiento en frío, con una pérdida de temperatura de solo 1-2 grados durante la noche.

Aplicaciones más amplias para la refrigeración solar del distrito.

Los investigadores dicen que el enfriamiento del distrito solar podría diseñarse en un nuevo distrito desde cero o adaptarse a los distritos existentes, y el enfriamiento del distrito podría aplicarse a diferentes escalas.

“Esta tecnología podría ser aplicada en diferentes tamaños. Para diferentes comunidades ya sean pequeñas, medianas o grandes. Por supuesto, todo este equipo debe ampliarse aumentando el tamaño “, dijo Perdichizzi.

“Lo que analizamos fue un compuesto de quizás 100 solo porque es un tamaño muy común para los nuevos compuestos que se están construyendo en Arabia Saudita”.

Modelaron dos sitios posibles, en la costa de Jeddah, y tierra adentro en Riyadh. Aunque inicialmente era atractiva (una fuente de agua), Jeddah demostró ser menos adecuada, debido al efecto perjudicial de los altos niveles de humedad cerca del mar, que redujeron el recurso solar disponible.

El plan integral de refrigeración del distrito incluiría la eficiencia del edificio

Utilizaron modelos para predecir el rendimiento del sistema, por hora, durante todo el año, para calcular el ahorro exacto de energía y combustible fósil y dióxido de carbono, para costear y demostrar la viabilidad técnica de todo el sistema, en asociación con Ciudad Rey Abdullah para la Energía Atómica y Renovable (KAKARE).

“Después del cálculo de la carga de refrigeración, diseñamos una red de tuberías desde la estación de refrigeración hasta los edificios”, dijo Perdichizzi. “Usted necesita saber cuánto es la energía para suministrar agua en las tuberías, su diámetro, su aislamiento. Y, finalmente, podemos realizar simulaciones del campo solar y el refrigerador de absorción, y la integración de los dos bajo datos meteorológicos reales. Una optimización completa del sistema es lo que es nuevo “.

Lo que hace que su estudio sea único es que su primer objetivo fue optimizar el consumo de energía de las villas atendidas dentro del distrito para crear un plan integral de refrigeración del distrito.

Para este fin, los dos investigadores aprovechan su experiencia previa en eficiencia de energía arquitectónica, como los diseñadores de la primera Pasiva Haus en Dubai, que es un diseño totalmente nulo de cero cero de un edificio de 700 metros cuadrados; aprovechando esa experiencia relacionada en la investigación del enfriamiento solar del distrito.