La energía termosolar podría descarbonizar el calor industrial

Citando un estudio de la Agencia Internacional de Energías Renovables (IRENA), la consultora de energía del Banco Mundial Elena Cuadros dijo que la CSH (Concentrating Solar Heat) promete reemplazar los combustibles fósiles que suministran la mitad del requerimiento de calor industrial del mundo para temperaturas medias. Incluso las industrias como la minería y el acero que requieren altas temperaturas, también utilizan algunos procesos de calor medio.

“La CSH ha sido probada comercialmente para proporcionar calor hasta 400ºC para el sector farmacéutico y textil, ladrillos, papel, procesamiento de alimentos y usos hospitalarios. Estas industrias generalmente son pequeñas y medianas empresas de propiedad local y subsectores importantes ”, dijo Cuadros.

Sistema CSH de canal parabólico en una planta procesadora de lácteos en México IMAGEN @ IRENA

¿Qué países de Medio Oriente y África del Norte (MENA) podrían descarbonizar el calor industrial con la CSH de manera más rentable?

Cuadros presentó cálculos muy detallados que mostraban dónde la CSH podría ser sustituida a un coste menor que los combustibles fósiles dentro de cada nación MENA, comparando los costes de CSH con los costes de combustibles fósiles que actualmente se usan localmente para el calor en estas industrias.

Su presentación fue en el Taller de Concentración de Calor Solar (CSH) en Jordania, organizado conjuntamente por el Banco Mundial bajo su Programa de Conocimiento e Innovación de Energía Solar Concentrada MENA (MENA CSP KIP) y el Ministerio de Medio Ambiente de Jordania.

Encontró que la CSH podría tener una recuperación de la inversión de 5 años ahora en países MENA en lugares donde la irradiancia normal directa (DNI) es de al menos 2.250 kWh/m2. “Para estas industrias en la región MENA, la CSH es muy prometedora. Para Jordania, Líbano, Marruecos o Cisjordania y Gaza, obtuvimos un umbral de costo superior a $ 525 por un período de recuperación de 5 años en lugares con buenos recursos solares, por lo que CSH ya es competitiva con los precios actuales del mercado ”, dijo.

Túnez y Egipto también serían competitivos si siguen los planes actuales para eliminar por completo los subsidios a los combustibles fósiles, agregó: «Los precios de los combustibles fósiles altamente subsidiados se encuentran entre los principales factores que obstaculizan el despliegue de la CSH».

Which nations could decarbonize industrial heat with CSH most cost-effective in MENA
IMAGEN @ Elena Cuadros Presentación CSP KIP
De la presentación del Banco Mundial / Fraunhofer en CSP KIP sobre CSH en los países de la región MENA IMAGEN @ Elena Cuadros

Trabajando con el Especialista Principal en Energía Jonathan Sinton, en el Banco Internacional de Reconstrucción y Desarrollo (BIRF) del Banco Mundial, los dos están trabajando en formas de descarbonizar el calor industrial en la región MENA.

«Creemos que la CSH es una gran promesa para prácticamente todos los países de la región», dijo Sinton. «Cuanto más se despliegue aquí, más estará disponible para países de otras regiones, como África del Sur, por ejemplo, que también tienen buenos recursos de DNI».

Su mensaje es «eficiencia energética» para reducir el consumo de combustibles fósiles, explicó. “Para nosotros, el modelo es el financiamiento de la eficiencia energética. Es un baile un poco delicado, por lo que tenemos que medirnos un poco nuestro enfoque. No es nuestro trabajo promover en gran medida tecnologías particulares. Es más bien hacer, o ayudar a establecer, el campo de juego que fomente la penetración de mejores tecnologías bajas en carbono, como la CSH » .

Los bolsillos profundos de la industria petrolera o los gobiernos han financiado fácilmente la CSH a gran escala; como el vapor solar de 1 GW a 300ºC de Glasspoint para el petróleo de Omán y los sistemas de calefacción de distrito público de Aalborg en Escandinavia.

En cambio, con su misión de erradicación de la pobreza, el BIRF se centra en las pequeñas y medianas empresas, y garantizar que el entorno empresarial que fomente su participación. Para ellos, proporcionar garantías de préstamos para facilitar el financiamiento, con cierta concesión para los prestamistas locales, sería un enfoque más práctico.

«La regla para nosotros en el BIRF del Banco Mundial es ayudar a crear las condiciones para la actividad del sector privado tanto como sea posible y menos para prestar directamente a las industrias, excepto a través del brazo del sector privado del Banco Mundial, la Corporación Financiera Internacional», explicó Sinton

“Tendrías alguna agencia doméstica como una compañía de servicios de energía. Un proyecto puede tener uno o dos o tres bancos en préstamo que son puntos de contacto para el anfitrión del proyecto, para el promotor del proyecto, que proporcionan el financiamiento directamente».

Los cálculos de costes se basan en el tamaño del colector solar. Para la CSH de temperatura media, los conjuntos de colectores solares en forma de canal parabólico concentran la radiación solar en receptores (sin un bloque de alimentación) para simplemente canalizar el calor directo. Cuadros dijo que cada metro cuadrado de colectores produciría en un año tanto calor como unos 92 kg de GLP o 99 kg de diesel, 3,4 MBtu.
Así como una central termosolar con miles de paneles solares cuesta más de varios dígitos, una instalación CSH que requiere más metros cuadrados de colectores cuesta más y genera más de uno con menos. Por lo tanto, las estimaciones de Cuadros se basan en el coste por metro cuadrado de colectores solares necesarios para producir la misma cantidad de calor que la alternativa de combustible fósil.

Los supuestos comunes del estudio incluyen una vida útil de los activos de 20 años, 40% de eficiencia del colector solar, 80% de eficiencia de la caldera y gastos de operación del 2% de CAPEX.

El DNI de la región MENA es bueno, pero varía de un país a otro. Incluso dentro de diferentes regiones dentro de cada país, el DNI puede ser alto o bajo. Las inversiones de la CSH se amortizan más rápido en mejores condiciones solares, lo que resulta en un umbral de coste más alto. El «umbral de coste de la CSH» o el coste máximo para la inversión que se devolverá dentro de los 5 años se deriva de la suma de los costes comunes de cada país y sus variables: DNI alto o bajo y costos de combustible altos o bajos.

Presentación IMAGEN @ Elena Cuadros
Donde la CSH es más barato que el diésel o el gas licuado de petróleo (GLP) en los países MENA

De los dos combustibles, el diesel sería el más fácil de competir. Todos menos Túnez y Egipto ya podrían descarbonizar el calor de manera rentable.

En Cisjordania y Gaza, con los precios de diesel más altos de la región, el coste de CSH por metro cuadrado de colector podría ser tan alto como $ 1.196 en regiones de alto DNI pero $ 753 en el menor DNI del país.

«Proporciono ambas cifras porque, dependiendo de las condiciones locales de radiación solar y por los mismos costes de inversión, una ubicación con mayor recurso solar presentará un mayor rendimiento energético», comentó Cuadros.

Marruecos vino después; su umbral de costo de CSH es de $ 624 en DNI bajo o de $ 920 en regiones de DNI alto. Jordania fue el siguiente, con $ 624 u $ 867, Líbano con $ 401 o $ 620, Túnez con $ 354 o $ 594 y Egipto con $ 246 o $ 326.

El GLP más barato impactó el umbral de coste de la CSH. Pero con los precios más altos de GLP en la región, el coste de CSH por metro cuadrado de colector en el Líbano podría ser tan alto como $ 673 donde el recurso solar es bueno o $ 434 donde es más bajo. Cisjordania y Gaza fueron los siguientes con $ 660 o $ 425, Jordania con $ 393 o $ 292, Egipto con $ 216 o $ 169 y Túnez con $ 166 o $ 132.

«Los precios actuales del mercado rondan los $ 525 por metro cuadrado, pero algunos desarrolladores de CSH en mercados emergentes como China están ofreciendo precios muy agresivos, la mitad o incluso más bajos», dijo.

Los proveedores de CSH a gran escala como Aalborg o Glasspoint podrían vender calor a pequeñas empresas en parques industriales a través de HPA IMAGE @Glasspoint

Inventar el acuerdo de compra de calor (HPA).

Pero a pesar de que los costes, los retornos de por vida y la rápida recuperación de la inversión demostraron ser tan competitivos, durante el estudio de tres años descubrieron que las pequeñas y medianas empresas detestaban comprar y poseer tecnología nueva.

Sinton explicó: «Aunque hay sistemas comerciales disponibles, no están ampliamente disponibles, no son la tecnología convencional, por lo que se consideran algo arriesgados». Realmente no son vistos como enchufar y usar, por lo que los tomadores de decisiones requieren una recuperación más rápida que algo que se percibe como seguro como una caldera de gas o petróleo».

Esto los llevó a considerar una alternativa basada en desafíos similares resueltos por la energía solar fotovoltaica: eliminar la propiedad y simplemente vender el calor, como en un Acuerdo de compra de energía solar (PPA), donde los compradores pagan solo por la electricidad generada.

El PPA niveló el campo de juego entre los combustibles fósiles y la electricidad solar para los propietarios de viviendas y las pequeñas empresas al minimizar el cambio, porque la electricidad de pago por uso continuó el modelo familiar para comprar la energía, no la central de energía.

«Entonces, después de casi tres años tratando de desarrollar la CSH en la región, lo que Jonathan y yo hemos estado considerando es básicamente ayudar a crear el Acuerdo de Compra de Calor», dijo Cuadros. «Entonces, tal vez con un depósito en garantía donde un tercero asume todos estos riesgos».

Con los HPA, los productores de calor solar a escala de servicios públicos podrían establecer grandes servicios de CSH y vender calor a múltiples empresas más pequeñas agrupadas en parques industriales.

«Se podría imaginar un fondo de calor solar concentrado dedicado, con un acuerdo con los bancos prestamistas de que habrá un asesoramiento técnico independiente que actuará como guardián para garantizar que cualquier proyecto que solicite financiamiento esté de acuerdo con el propósito definido de el fondo”, explicó Sinton.

«También podría haber algo de asistencia técnica para todos los actores a lo largo de la cadena, para los bancos que están prestando a este nuevo tipo de proyecto, también para los anfitriones y desarrolladores del proyecto, para reducir el riesgo para el prestatario, el comercial banco y también al Banco Mundial, porque tenemos la responsabilidad fiduciaria de recuperar los fondos».

Sistema CSH de canal parabólico
Un sistema CSH de canal parabólico típico: concentra el calor solar en las tuberías y envía agua calentada con energía solar desde un campo solar para suministrar vapor para todas las necesidades de calor industrial hasta 400ºC IMAGEN @ Aalborg

Susan Kraemer. solarpaces.org