CSP-PTC-TES solar collector plant as photovoltaic-hybrid generation system technical-economic feasibility study

En los próximos años la necesidad de la inversión en nuevas tecnologías de generación eléctrica en el Perú será inminente, pues la inmensa mayoría de la demanda eléctrica del Perú es cubierta exclusivamente por energía hídrica y térmica por gas natural, no obstante, incluso entre las energías renovables, representadas tan solo en un 5% de la matriz energética peruana, entre los cuales no hay participación alguna de otras que no sean las solares fotovoltaicas (PV) y eólicas convencionales. lo que hace de la mezcla energética un modelo no sostenible en el futuro. Una fuente de energía con un gran potencial en el sur del Perú es la energía termosolar de concentración (CSP) con almacenamiento térmico (TES) que ofrece la ventaja de producir electricidad inclusive durante la noche y especialmente en horas punta. En este marco, esta tesis tuvo como propósito diseñar una planta híbrida entre tecnología fotovoltaica y tecnología termosolar de cilindro parabólico (PTC) con el fin de aprovechar las cualidades de ambas: la generación inmediata de las PV en el día y la generación almacenable de las CSP-PTC con TES en la noche. Tras comprenderse el funcionamiento de los equipos y los medios para dimensionar el sistema, se identificó una zona de emplazamiento que cuenta con las características esenciales para un proyecto solar, así como un fluido caloportador (HTF) capaz de almacenar grandes cantidades de energía. Considerando las variables técnicas y económicas de mayor importancia, se propusieron múltiples escenarios de generación para hallar el costo nivelado por energía (LCOE) más cercano al precio spot del mercado eléctrico peruano durante la siguiente década. Una planta híbrida con 15 horas de almacenamiento y 9 horas de producción fotovoltaica fue identificada como la opción más viable económicamente entre el 2025 y 2027; mientras que, una planta con la misma producción sin PV obtuvo el LCOE más alto, con 10% adicional. Los resultados probaron la viabilidad de una central CSP-PTC-TES-PV en base a sus horas de almacenamiento térmico, su tasa interna de retorno y su escenario de costos de inversión de presentarse las condiciones óptimas en el mercado.In the following years, it will become a necessity to invest in electric generation technologies in Peru. Among renewable energies, which represent only 5% of Peru’s energetic matrix, there is no participation of technologies aside from photovoltaic solar panels (PV) and onshore wind turbines. An energy source of great potential in the south of Peru is the concentrated solar power (CSP) with thermal energy storage (TES), which offers electricity production even during the night and peak hours. This study sought to design a photovoltaicparabolic trough collector (PTC) hybrid plant in order to take advantage of both technologies’ main attributes: PV’s immediate generation during the day and CSP-PTC’s storable production with TES during the night. Once the equipment’s and dimensioning procedure’s working principles were made clear, an emplacement zone with the fundamental needs of a solar project and a heat transfer fluid (HTF) able to retain large amounts of thermal energy were chosen after. Multiple generation scenarios were proposed to obtain the levelized cost of energy (LCOE) closest to the Peruvian electric market’s spot price during the following decade, considering the technical and economic variables of utmost importance. A 15-hour storage hybrid plant with 9 hours of PV generation proved to be the most economically feasible between 2025 and 2027; while a pure CSP plant with 24 hours of thermal storage obtained the highest LCOE, with an additional 10%. The results proved the viability of a CSP-PTC-TES-PV plant based on its internal rate of return, its investment costs and its thermal storage hours if the optimal market conditions are fulfilled