Factibilidad técnico económica del uso combinado de bombeo de agua salada para una instalación minera y el sistema de enfriamiento de una central solar de concentración en el Norte de Chile

Memoria para optar al título de Ingeniero Civil EléctricoEl desierto de Atacama en el norte de Chile tiene la irradiación solar más alta en el planeta y al mismo tiempo es uno de sus lugares mas secos. El lugar es actualmente un punto de encuentro para la industria minera del cobre y para las tecnologías solares, con múltiples proyectos solares fotovol- taicos en operación y próximamente la primera planta termosolar de concentración en Chile, Cerro Dominador. La actividad minera local usa grandes cantidades de agua en sus procesos gracias a un bombeo activo de este recurso que es tomado desde las costas y llevada a los yacimientos mineros en el interior del desierto. Este traslado de agua es altamente demandante en energía eléctrica y se prevé será mayor en el futuro con el aumento de la cantidad de agua utilizada. Se ha requerido invertir en energías renovables para poder suplir el aumento de demanda de forma sustentable. En este contexto se hace relevante investigar cómo la tecnología termosolar, una alternativa de gene- ración prometedora, y el bombeo de agua salada para procesos mineros podrían desarrollarse en sinergia. El presente trabajo de memoria propone una evaluación técnica y económica del análisis de una planta de generación termosolar tipo torre que toma ventaja de un flujo de agua salada, que es bombeado hacia una empresa minera, para su sistema de enfriamiento. Este flujo de agua podría ser aprovechado para realizar un enfriamiento húmedo del ciclo de generación de la planta de po- tencia, lo que permite incrementar la eficiencia del ciclo y aumentar la producción total de energía. La planta termosolar produciría por su parte energía limpia para la minera. Para el análisis se elige una locación en la comuna de María Elena, región de Antofagasta, donde se simula el funcionamiento de un año típico de una planta termosolar basada en el modelo de GEMA- SOLAR como escenario base. El caso base realiza enfriamiento evaporativo sin tener relación con la empresa minera y es comparado con las siguientes opciones de enfriamiento para la misma planta: enfriamiento evaporativo con conexión con la minera, enfriamiento once through, enfriamiento seco y enfriamiento con un equipo de desalación MED (del inglés Multi-Effect Distillation). Los casos de enfriamiento evaporativo, once through y MED usan activamente agua proveniente del mar y requieren una conexión con la cañería de bombeo de la minera. Se evalúa para cada escenario la producción de energía anual, el autoconsumo que requiere el sistema de enfriamiento y el potencial para la inversión de la planta mediante indicadores como el costo nivelado de la electricidad (LCOE), el valor actualizado neto (VAN), la tasa interna de retorno (TIR) y el periodo de recuperación del capital. Desde el punto de vista energético, el caso base de la planta termosolar en Chile produce 25 % más de energía eléctrica que la planta GEMASOLAR en España. De las alternativas estudiadas como casos de interés se encuentra que, respecto del caso base, el enfriamiento once through produce un 2% más de energía neta, el enfriamiento evaporativo produce un 3% menos de energía neta, el enfriamiento seco produce un 7 % menos de energía neta y el enfriamiento con MED produce casi un 40 % menos de energía neta. Estos valores han descontado la energía asociada al transporte de agua y enfriamiento. Del análisis económico, para una planta termosolar de 20 MW instalada en la locación elegida, el costo de inversión base es de 105 millones de dólares. Los casos más atractivos para la inversión resultan ser el enfriamiento once through y el enfriamiento con MED, que presentan un VAN de 29 y 24 millones de dólares respectivamente, considerando una tasa de descuento del 7% y 30 años como periodo de evaluación. El caso base evaluado en las mismas condiciones tiene un VAN de 19 millones de dólares. El estudio muestra el potencial beneficio de instalar una planta termosolar en el norte de Chile, usando agua de mar para el enfriamiento del sistema, en alianza con una empresa minera. Las alternativas permiten evitar el uso de recursos hídricos de la zona, y en el caso del enfriamiento con MED generar también una oferta de agua desalada a nivel local para beneficio de la comunidad. Finalmente, el estudio incluye un análisis de sensibilidad de ingreso y costos de operación del mejor caso, el enfriamiento once through, mostrando que el proyecto es indiferente para la inversión (VAN = 0) cuando la disminución del ingreso es de un 18 % o el aumento en los costos es de un 150 %