Evaluación de sistemas de almacenamiento termomecanicos para plantas fotovoltaicas en medio rural

Abstract

En la actualidad, la creciente demanda energética global y la urgente necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero han puesto de manifiesto la creciente necesidad de avanzar hacia una matriz energética más sostenible y respetuosa con el medio ambiente. La implementación y expansión de sistemas de energía renovable se ha convertido en un factor determinante para el progreso de la sociedad actual y la lucha contra el cambio climático. Las fuentes de energía renovable, como la solar, la eólica, la hidroeléctrica y la geotérmica, presentan una serie de ventajas innegables en comparación con las fuentes de energía convencionales. No solo son más limpias y respetuosas con el medio ambiente, sino que también se obtienen de fuerzas de la naturaleza inagotables, lo que garantiza un suministro de energía a largo plazo. Sin embargo, su implementación a gran escala enfrenta desafíos significativos, especialmente en el sector residencial. En el ámbito de la vivienda, el consumo de combustibles fósiles para satisfacer las necesidades térmicas y energéticas es considerable. Lograr una mayor eficiencia energética en los hogares es fundamental para reducir la huella de carbono de la sociedad. Aquí es donde entran en juego las energías renovables. La instalación de paneles solares en techos, la utilización de sistemas de calefacción geotérmica y la adopción de tecnologías de energía eólica a pequeña escala son ejemplos de soluciones que pueden transformar la forma en que los hogares obtienen y utilizan la energía. Sin embargo, un desafío clave en la integración de energías renovables en el sector residencial radica en la intermitencia de la generación. La energía solar no está disponible durante la noche, y la energía eólica depende del viento. Para abordar este problema, es esencial desarrollar sistemas de almacenamiento térmico y eléctrico efectivos que puedan almacenar el exceso de energía generada durante los momentos de máxima producción y liberarla cuando la demanda sea alta y la generación insuficiente. Con este propósito en el presente trabajo se ha desarrollado un sistema de almacenamiento térmico en lecho de roca. Este sistema está formado por un tanque de almacenaje el cual será rellenado con grava, la cual será la encargada de realizar el almacenamiento de energía termomecánica. En el presente proyecto se evaluará la viabilidad económica y el comportamiento del sistema de almacenaje. Este estudio se enfocó en evaluar la viabilidad económica de sistemas fotovoltaicos con almacenamiento térmico (TES) considerando múltiples variables. Se analizaron indicadores clave como el Payback, el Valor Actual Neto (VAN) y la Tasa Interna de Retorno (TIR) para diferentes configuraciones. Se encontró que, en términos generales, la inversión en estos sistemas es rentable, con Paybacks de 3 a 6 años y VAN y TIR positivos. En resumen, se respalda la viabilidad financiera de los sistemas fotovoltaicos con TES, con variaciones en la rentabilidad según la escala y las características específicas de cada configuración.

Currently, the growing global energy demand and the urgent need to reduce greenhouse gas emissions have underscored the imperative to transition towards a more sustainable and environmentally friendly energy matrix. The implementation and expansion of renewable energy systems have become a crucial factor in the progress of today’s society and the fight against climate change. Renewable energy sources such as solar, wind, hydroelectric, and geothermal offer undeniable advantages compared to conventional energy sources. Not only are they cleaner and more environmentally friendly, but they are also inexhaustible, ensuring a long-term energy supply. However, their large-scale implementation faces significant challenges, particularly in the residential sector. In the realm of housing, the substantial use of fossil fuels to meet thermal and energy needs is evident. Achieving greater energy efficiency in homes is fundamental to reducing society's carbon footprint. This is where renewable energies come into play. The installation of solar panels on rooftops, the utilization of geothermal heating systems, and the adoption of small-scale wind energy technologies are examples of solutions that can transform how households acquire and utilize energy. Nonetheless, a key challenge in integrating renewable energies into the residential sector lies in the intermittency of generation. Solar energy is unavailable at night, and wind energy depends on the wind's strength. To address this issue, it is essential to develop effective thermal and electrical storage systems capable of storing excess energy generated during peak production times and releasing it when demand is high and generation is insufficient. With this purpose in mind, the present work has developed a thermal storage system using a rock bed. This system consists of a storage tank that will be filled with gravel, which will be responsible for storing thermal energy. In this project, an evaluation of the economic feasibility and performance of the storage system will be conducted. This study aimed to assess the economic viability of photovoltaic systems with thermal energy storage (TES) while considering multiple variables. Key financial indicators such as Payback, Net Present Value (NPV), and Internal Rate of Return (IRR) were analyzed for various configurations. It was found that, in general terms, investments in these systems are profitable, with Payback periods ranging from 3 to 6 years and positive NPV and IRR values. In summary, the financial feasibility of photovoltaic systems with TES is supported, with variations in profitability depending on the scale and specific characteristics of each configuration.

Egungoan, energia behar handiko hazkundea eta gas efektua izoztuzko emisioak murrizteko beharra agertu du ingurumenarekiko jasangarriago eta errespetuzkoa den energia matrize baterantz egin beharra. Energi berriztagarrien sistema erabilera eta hedapena gizarte modernoaren aurrera egiteko eta klima aldaketa aurkako borrokan faktore garrantzitsua bihurtu da. Energia berriztagarriak, hala nola eguzki, haize, hidroelektrikoa eta geotermikoa, aurkako energia iturrien aldean argiak eta ingurumenarekiko errespetagarriak diren abantaila ezin ikargatuak eskaintzen dituzte. Ez soilik garbiagoak eta ingurumenarekiko errespetu handiagoa dutenez, baina baita agortasunik gabeak ere, energi hornikuntza luzeko ziurtatzen dute. Hala ere, beren erabilera zabala izateak erronka handiak dakar, batez ere etxebizitza sektorean. Etxebizitzaren inguruan, beroa eta energia beharrak asetzeko fosil erretiluak erabilera nabarmena dute. Etxeetan energia eraginkortasun handiagoa lortzea oso garrantzitsua da gizartearen karbono hondarrak murrizteko. Hemen energia berriztagarriak sartzen dira. Hondarrizko teilak egokitzea, geotermiko bero-sistemak erabiltea eta haize-energiaren teknologiak txikitasun mailan adopzioa diren adibideak dira, etxebizitzak energia lortzen eta erabilten dituzten modua aldatu dezaketen irudiak. Hala ere, energia berriztagarrien etxebizitza sektorean integrazioan erronka nagusi bat aurkitzen da energia sortuaren tartekotasunean dagoena. Eguzki energia gaua zehar erabilgarri ez da eta haize-energiak haizearen indarretik mendekatzen du. Herritarrek energia gutxien eskuratzen eta erabiltzen duten unean energia gehiago gordetzeko eta eskatzen den batean gehiegizko beharra dagoenean eta sortzea gutxi den unean aski den energia gordetzeko sistema termiko eta elektriko eraginkorra garatzeko oso garrantzitsua da. Helburu horrekin, lan hau gaur egungoan gurutzatu da, leho bat erabiliz energia gordetzeko sistema garatu da. Sistema honek beroa gordetzeko erabiliko den grava batekin beteko den biltegia du, eta horrek energia termikoa gordetzeko ardura izango du. Lan honetan energia gordetzeko sistemaaren garapeneko eta ekonomiagintzako ebaluazioa egingo da. Azterketa hori biltegiratze termikoa (TE) duten sistema fotovoltaikoen bideragarritasun ekonomikoa ebaluatzera bideratu zen, aldagai ugari kontuan hartuta. Funtsezko adierazleak aztertu ziren, hala nola Payback, Egungo Balio Garbia (VAN) eta Barne Itzulera Tasa (TIR) konfigurazio desberdinetarako. Aurkitu zen, oro har, sistema horietan egindako inbertsioa errentagarria dela, 3-6 urteko Paybacks eta VAN eta TIR positiboekin. Laburbilduz, TES duten sistema fotovoltaikoen finantza-bideragarritasuna babesten da, konfigurazio bakoitzaren eskalaren eta ezaugarri espezifikoen arabera errentagarritasunean aldaketak eginez.