Energía Solar en el Norte de Chile: Enormes Posibilidades

Fuente: Thomas D. Gray  Central de Energía

Paneles Fotovoltaicos

En el norte de Chile, hay alrededor de 80.000 km² de área con más de 5,5 horas de radiación solar directa por día, la que recibe del orden de 1,32 x10⁷ GWh de energía solar al mes, 226 veces el consumo eléctrico total de Chile en 2009. El modo más directo de transformar esa energía en electricidad es a través de paneles fotovoltaicos. La eficiencia de estos dispositivos puede alcanzar el 12% y cuestan alrededor de US $6 por watt instalado. Para  obtener 1 GWh al mes, sería necesario instalar unos 6,1 MW de capacidad, los cuales cubrirían un área de 48.800 m². El costo bordearía los US$ 37 millones.

Almacenamiento Hidroeléctrico

Sin embargo, la solar exige medios de almacenamiento o una fuente alterna de energía para proveer electricidad durante la noche. Y Chile tiene posibilidades más accesibles que otros países. Con las montañas cercanas al mar, se puede elevar agua con electricidad solar durante el día, a una laguna artificial, y hacerla descender por una turbina hidroeléctrica cuando haya demanda. Al norte de Mejillones se constata un desnivel de unos 1400 metros sobre una distancia de 9 km. A esa altura, se requeriría mover unos 6000 m3 por día a una laguna de, por ejemplo, 50 metros de largo, 30 de largo y 4 de profundidad. Tomando como referencia un ducto para petróleo publicada recientemente, este ducto costaría del orden de $20 millones. Con el costo total de paneles y ducto de $57 millones, pagando cuotas para pagar la inversión a 3% en 20 años, el costo de producción de electricidad sería $0,35 por kW-hora.

 Producción Doméstica de Paneles

Todavía no es muy atractivo, pero presenta la gran ventaja de congelar el costo de electricidad por 20 años. Hay que recordar que este ejemplo de 1 GWh al mes teóricamente se podría multiplicar 1.640.000 veces. Así, solamente esa área al norte de Chile podría proveer 234 kWh al mes a cada persona que vive sobre la tierra, con tecnología ya existente. La potencia disponible en esa área de desierto debe impulsar al gobierno de Chile y a las empresas de electricidad a investigar la posibilidad de invertir en una planta de fabricación para producir sus propios paneles solares. De esa manera es posible que el precio pueda disminuir substancialmente.

Chimeneas Solares

Pero, mientras mantenemos esa opción viable en mente, hay otra oportunidad única para Chile (y otros países andinos). Es la chimenea solar. A un tubo vertical, se le puede introducir aire calentado por el sol. Debido a su menor densidad, éste genera baja presión al fondo de la chimenea, y es impulsado a subir por el tubo, por la mayor presión exterior del aire más frio. Mientras el aire sube, se puede capturar esa energía mecánica con una turbina para generar electricidad. Sin embargo, este efecto no es muy eficiente. Si el tubo tiene una altura de 1000 metros, solamente el 3% de la energía recibida en el aire caliente se puede convertir en electricidad. Si el tubo alcanza solamente 300 metros de altura, la eficiencia baja a menos de 1%. Además, el costo de construir un tubo de esa altura es excesivo. Sin embargo, si se cuenta con una montaña de esa altura que pueda apoyar un ducto de grandes dimensiones, el costo puede ser mucho menor. No es necesario que el tubo (i.e.: la montaña) sea completamente vertical. Si se inclina a 45°, también es factible sin mucha pérdida de eficiencia.

Volviendo al ejemplo de 1 GWh por mes, se puede recibir la misma cantidad de energía por medio de 40 chimeneas de 1000 metros de largo, cada una con un área de 5m por 5 m. Para calentar el aire, la entrada abajo debe tener un área tapada con vidrio sobre una hectárea, cubriendo en total 400.000 m² para las 40 chimeneas. El costo de construir una chimenea a un lado de una montaña puede ser alrededor de $300.000. Esto implicaría un costo total de $12 millones. Con los $20 millones para el ducto de almacenamiento, se tiene un costo de $32 millones, y así el costo de producir electricidad bajaría a $0,19 por kWh. Además, si el sistema dura, por ejemplo, 70 años en lugar de 20, el costo de electricidad sería competitivo con las tasas más baratas que existen en el mundo. La limitación más notable sería el problema de encontrar sitios adecuados, es decir, montañas altas y muy inclinadas, con áreas soleados al fondo. Vale la pena emprender la búsqueda.

 Agua Caliente

Hay una posibilidad más para completar el retrato de energía solar. Si se bombea el agua desde el mar a la zona más soleada – más de 50 km- ésta se puede calentar vía radiación solar. Por ejemplo, si se bombea 6000 m3 de agua cada día, a 10°C en el mar, a una distancia de 50 km, ida y vuelta, hasta unos 2000 metros de altura, el fluido puede volver calentado a 60° C. El costo de tal ducto más los calefones solares sería unos $120 millones. La energía recibida en forma de calor sería 350 MWh diarios. Llevando esa agua caliente a la orilla del mar a una planta de generación térmica de electricidad en combinación con agua fría del mar, se podría convertir esa energía con una eficiencia de 11% para generar 38,5 MWh de electricidad por día. Operando 30 días por mes, sustrayendo la pérdida de 34 MWh por fricción, se producirían 1,12 GWh por mes con la planta termal.

Al mismo tiempo, 6000 m3 de agua bombeada cada día a 2000 m de altura almacena 32,69 MWh al día. Si se pudiera construir 40 chimeneas solares con $12 millones para dar este energía, el costo sería $132 millones para dar 2,1 GWh mensuales. Pagando el costo de construcción del ducto por 20 años al 3% de interés, se requerirían pagos de $800.000 por mes, y así el costo de esa electricidad sería de $0,38 por kWh, sin contar con los costos de construcción de la planta generadora de 7 MW de capacidad.

También hay que recordar que se estarían recibiendo el equivalente de 10,5 GWh por mes de energía térmica en la forma de 180.000 m3 (6.000 x 30 días) de agua calentada a un costo de $0,11 por kWh. Cualquier proceso que utiliza agua caliente puede aprovechar esta bonanza de energía que ahora está requiriendo combustible o electricidad.

Abaratar el Ducto

Finalmente, se observa que los costos para construir un ducto para llevar agua del mar componen un factor mayoritario en todas las posibilidades. Quiero destacar que el costo de la misma tubería compone la cuarta parte de estos costos. Si la otra parte de la construcción del ducto se desarrolla dentro del marco de la misma infraestructura de la industria eléctrica o del ministerio de gobierno, sería posible ahorrar mucho, siendo que los precios de un contratista incluyen utilidades. En este escenario de subsidios gubernamentales, los costos de electricidad generada por energía solar podrían bajar a $0,13 por KWh.

Resumen

Sugiero que el ministerio de energía del Gobierno de Chile plantee investigaciones que incluyan proyectos piloto y estudios de costo para

1. La fabricación de paneles fotovoltaicos
2. Ductos para agua del mar
3. Chimeneas solares en las montañas
4. Plantas térmicas (ya utilizadas para proyectos de OTEC), y
5. Uso de agua caliente (salada) en los áreas del norte de Chile.

La única duda es ¿cuál es el costo? Con tanta energía no aprovechada, la meta NO es la eficiencia termodinámica. La meta es la eficiencia económica. He experimentado como ingeniero el descenso dramático de costos por un simple cambio en el diseño. Entiendo que Chile está ahora buscando ser un líder en la innovación. Creo que la innovación más útil actualmente es la innovación económica que extienda la tecnología ya disponible al alcance de la gente.

Thomas D. Gray es ingeniero, con experiencia en energía solar in situ