José Vergara, Ing. Civil, Ph.D.
PARTE 1: CONCEPTOS, 11/08/2011
“Dadme una palanca, un punto de apoyo y moveré el mundo”,
Arquímedes de Siracusa (287- 212 AC).
Efectivamente al igual que para mover el mundo (que por supuesto puede ser una solución al calentamiento global), para usar la energía del Sol, se requiere algo más que unos cientos de kilómetros cuadrados de paneles solares, como bien nos recuerda Arquímedes.
Con frecuencia se escuchan políticos, líderes de opinión, ambientalistas y al ciudadano común, hablar sobre las ventajas de las Energías Renovables No Convencionales (ERNC) y en particular la proveniente del Sol: Que es gratis, que es limpia, que está disponible en forma abundante e ilimitada en el Norte de Chile, que podría satisfacer la demanda total del país, e incluso llegan a calcular 400 km2 de paneles solares para este fin, entonces, ¿Por qué no la usamos?, ¿Cuánto de cierto hay en todo esto?, ¿Hay alguna letra chica?, ¿Es realmente una energía de bajo costo a tal punto que pueda reemplazar una parte sustancial de nuestra matriz energética, en guarismos cercanos al 30% de la demanda nacional?, como se menciona en algunos informes, o el 20% como reclaman otros, en lo que sigue trataré de dar las pautas para tratar de responder alguna de estas preguntas.
Primero, permítanme aclarar que gran parte de los combustibles que hoy utilizamos tienen su origen en el Sol: carbón, petróleo, leña, eólica, hidráulica y por supuesto energía solar. El problema en este caso no es la disponibilidad del recurso, sino como lo transformamos en energía eléctrica para operan los equipos que normalmente utilizamos en nuestra vida diaria, y que no estamos dispuestos a dejar, como son: computadores, luminarias, refrigeradores, televisores, etc.
Una de las tecnologías utilizadas para transformar la energía proveniente del Sol en energía eléctrica, son los paneles fotovoltaicos, que convierten la energía del Sol mediante un semiconductor en energía eléctrica, con una eficiencia teórica cercana al 25%.
En este artículo trataré de cuantificar el problema en el marco dela Ingeniería Conceptual(ordenes de magnitud). Para simplificar los cálculos planteémonos el problema de satisfacer con energía solar fotovoltaica una potencia media de 2.500MW, que es comparable al 25% de la demanda máxima nacional (SIC+SING) al momento de terminado un eventual proyecto solar de esta magnitud, o los proyectos de Hidroaysén (2.750 MW) y Castilla (2.200MW) cada uno por separado.
La primera pregunta que trataré de responder, es ¿cuánto cuesta un proyecto de esta magnitud?: El día domingo 31/jul/2011, el diario la Tercera publico el artículo titulado “Construirán gigantesca planta de energía solar en la I Región”, sobre la mayor planta de energía solar fotovoltaica de Chile, con un Potencia NOMINAL de 250 MW y una inversión aproximada de US$ 773 millones. Primero permítanme aclarar quela Potencia Nominal es la energía media por segundo que generaría la planta si la radiación solar incidente fuera de 1.000Watt/m2 y la temperatura de25°C, esta condición de radiación solar solo se logra en las horas de máxima radiación solar y por supuesto durante la noche no hay generación de energía. Como consecuencia de lo anterior, la planta solar produce en promedio menos energía que la potencia nominal, en realidad bastante menos!, a esta relación se la conoce como factor de planta (fp). El factor de planta es un número muy importante en proyectos energéticos dado que permite comparan distintas alternativas y cuantificar los beneficios ambientales, económicos y energéticos, dado que lo relevante en todo proyecto energético es la energía realmente PRODUCIDA (energía quela señora Juanita puede descontar de su consumo eléctrico) y NOla energía NOMINAL. La potencia nominal se requiere para definir el costo del proyecto (cuantos paneles solares tengo que comprar para lograr producir una cierta cantidad de energía). En el caso de las centrales solares fotovoltaicas en el norte de Chile, el factor de planta puede llegar a un 25%, lo que significa que la energía media producida por una Planta de 250MW nominal, será de solo 63MW (0,25 X 250MW), solo generando 250MW en las horas de máxima radiación solar unas tres a cuatro horas al día, el resto del tiempo generara a menor potencia que la nominal. En otras palabras un proyecto que en términos nominales y costos es equivalente a una gran central hidráulica o térmica, termina produciendo una cantidad de energía similar a una central hidráulica pequeña.
El factor de planta es tan importante que me permito plantear el siguiente Teorema:
TEOREMA 1 ERNC: El porcentaje de la demanda (matriz energética) cubierta por una fuente de energía (solar o eólica) sin almacenamiento tiene que ser igual o menor al factor de planta (fp) de dicha fuente.
(Hint: Estudiantes de ingeniería la demostración es trivial por contradicción).
De lo anterior, se desprende que es imposible satisfacer el 30% de la demanda nacional solo con energía solar del Norte del país y menos aún la demanda nacional total, como afirman algunos expertos.
PARTE 2: COSTOS O TAMAÑO DEL ANIMAL, 23/08/2011
En el artículo anterior concluimos que es imposible satisfacer el 30%de la demanda nacional solo con energía solar del Norte del país y menos aún la demanda nacional total, dado que supera su factor de planta (25%).
Entonces, ¿Es factible reemplazar 2.500MW de potencia media con energía Fotovoltaica?, lo que corresponde a aproximadamente un 25% de la demanda máxima del país (SIC+SING) al término del proyecto o el Proyecto Hidroeléctrico HidroAysén (2.750 MW) o Térmico de Castilla (2.200 MW).
¿Cuánta Potencia Nominal tenemos que instalar para generar una Potencia Media de2.500MW?, Solo tenemos que dividir la potencia media que se requiere producir por el factor de planta:
Potencia Nominal= 2.500MW/fp= 2.500MW/0,25= 10.000MW de Potencia Nominal
Este valor es comparable a la potencia instalada en Chile, hidráulico + térmico. Notar que si hoy existe preocupación por la concentración del mercado eléctrico, dado que este se reparte en tres empresas, en este nuevo escenario sería peor aún ya que se tendría una empresa muy grande (ERNC) y tres chicas (ex grandes), probablemente en este nuevo escenario energético se terminarían asociando las tres chicas para competir con la más grande (ERNC), terminando en un duopolio.
¿Cuántos Paneles fotovoltaicos se requieren instalar o necesitamos comprar para nuestro proyecto solar? El mismo artículo dela Terceradel 31/Agosto/2011, nos informa que el Proyecto Parque FotoVoltaico Atacama Solar de 250MW nominal y una inversión USSA$ 773 millones requiere 2.889.000 paneles de probablemente 85W cada uno.
Número de Paneles Solares Requeridos = 10.000MW/250MW X 2.889.000 (85Watt)
= 115.560.000 paneles de 85Watt
116 millones de paneles fotovoltaicos, es un número grande!!!.
Ciertamente el país requiere más que unas cuantas plaquitas solares!!!
Para dimensionar mejor el problema, un panel solar de 85 Watt pesa aproximadamente8 kgy su volumen sin caja de conexiones es de 0,0215m3.
Peso total de los paneles solares = 8kg X 115.560.000 Paneles = 924.480 Toneladas.
Aproximadamente 1 millones de Toneladas en Paneles solares.
Volumen Total de Paneles Fotovoltaicos= 0,0215 m3x 115.560.000= 2.484.540 m3
2,5 Millones de metros cúbicos en Paneles Solares.
Por ejemplo, el muro del embalse Ralco localizado enla Cuencadel río Bío Bío, tiene un volumen de hormigón de1.500.000 m3, mientras el volumen del muro de la central Pangue en la misma cuenca es de750.000 m3, sumando ambos se llega a2.250.000 m3, mientras que el volumen del cerro Santa Lucia –Santiago es de unos1.500.000 m3.
En otras palabras el volumen de paneles solares que se requiere instalar para este proyecto, supera en volumen del Cerro Santa Lucia.
¿Cuánto costaría el Proyecto Solar Fotovoltaico, correspondiente al 25% de la demanda nacional, utilizando el mismo artículo dela Tercera?
Costo Aproximado Proyecto Solar=10.000MW/250MW X US$773mill
= 30.920 millones de Dólares.
31 mil Millones de dólares, definitivamente es un TERA proyecto de Ingeniería!!!.
31 mil Millones de dólares supera largamente la cuenta del almacén dela Sr. Juanita y también del País, por ejemplo algunos cálculos muestran que el Costo de financiar por cinco años toda la reforma de educación llegaría a los 20 mil Millones de dólares.
Terreno requerido por Proyecto Solar= 10.000 MW/250MW X1.128 ha
=45.120 hectáreas
45 mil hectáreas!!!!
Claramente 450 km2 cubierto con vidrio y sílice es UNA OBRA DESCOMUNAL, a tal punto que sería la ÚNICA obra de ingeniería a nivel mundial que podría ser apreciada desde el espacio, recordemos quela Gran MurallaChina no se ve!, nuestro TeraProyecto Solar si podría ser visto desdela Estaciona Espacialy más aún desdela Luna, algo que sin lugar a dudas nos llenaría de orgullo como chilenos.
NOTA: El artículo completo puede ser solicitado al Dr. José Vergara al correo:
< drjosevergara@yahoo.com>
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ENERGIA SOLAR
Publicado en el Diario Estrategia del 21 de Septiembre de 2011
José Vergara
Ingeniero Civil, PhD.
El país debe conversar y definir qué matriz necesita, pero ese diálogo –para que sea saludable requiere que sea reflexivo y racional.
Con frecuencia se escucha a políticos, líderes de opinión, ambientalistas y ciudadanos, hablar sobre las ventajas de las Energías Renovables No Convencionales (ERNC) y, en particular, de la energía solar fotovoltaica. ¿Es posible sustituir un proyecto como HidroAysén o Castilla por uno de energía solar fotovoltaica? La respuesta la dan los números. Para simplificar los cálculos –y tomando como referencia los guarismos aportados por el futuro Parque Fotovoltaico Atacama Solar, que compromete una potencia nominal de 250 MW y una inversión de US$773 millones–, planteémonos la posibilidad de abastecer con energía solar fotovoltaica una potencia media de 2.500 MW, comparable a los proyectos de HidroAysén (2.750 MW) y Castilla (2.200 MW).
Por tratarse de una fuente energética variable y muy difícil de almacenar, donde el máximo de radiación solar se da durante la tarde mientras que durante la noche no se dispone de energía, las centrales fotovoltaicas en el norte del país tienen un factor de planta (porcentaje de energía realmente producida) cercano al 25%. Eso significa que para generar en promedio 2.500 MW se debería proyectar una planta con una potencia nominal de 10.000 MW. Esta sería una obra descomunal. Por su envergadura implicaría, por ejemplo, 116 millones de paneles fotovoltaicos, equivalentes a 925 mil toneladas con un volumen mayor al cerro Santa Lucía, que demandarían 45 mil hectáreas para ser instalados algo como ocho veces de lo que requiere el proyecto HidroAysén, afectando, entre otros, el microclima y la actividad astronómica de la zona (contaminación lumínica), y se traduciría en un desembolso cercano a US$31 mil millones, 10 veces más caro que un proyecto tradicional. El país debe conversar y definir qué matriz necesita, pero ese diálogo –para que sea saludable– requiere que sea reflexivo y racional. Y hoy, dado estos resultados, uno puede concluir que la energía solar fotovoltaica no está en condiciones de reemplazar una parte importante de la matriz energética chilena.