Cogeneración solar: integración entre minería y energía

Abstract

En el norte grande de Chile existe el potencial de energía solar más grande del mundo y también en esta área la demanda de energía eléctrica viene en su mayoría la minería del cobre que representa un 80% del consumo. La matriz energética de este sector viene dominada por termoeléctricas en base a combustibles fósiles, principalmente carbón por lo que tiene altas emisiones de CO2. Existen 2 tipos de tecnologías para generar energía eléctrica a partir de la energía solar, los paneles fotovoltaicos y la tecnología termosolar. Esta última se divide en tres tipos; cilindro parabólico, Fresnel y torre central, las cuales generan electricidad mediante una turbina a vapor (ciclo Rankine). Este vapor se genera por medio de colectores y receptores que concentran la radiación solar para alcanzar grandes temperaturas de entre 250ºC y 600ºC dependiendo de la tecnología. La ventaja de estas tecnologías es que poseen altos factores de planta. Después de un análisis de optó por la tecnología de torre central con almacenamiento de sales fundidas. El gran inconveniente en la utilización de estas tecnologías termosolares es el tema de refrigeración debido a que los lugares donde generalmente se instalan son áridos y carecen de agua para refrigeración. La refrigeración por aire merma la generación en un 7,14% como se calculó y hace el proyecto mucho menos rentable. Dentro de los procesos mineros para la obtención de cobre está la lixiviación y la biolixiviación, procesos que se desarrollan a temperatura ambiente pero que reaccionan favorablemente a aumentos de temperatura como se analizó en dos estudios. Los flujos de soluciones ácidas varían desde los 0,1-10 m3/hora por metro cuadrado de pila de lixiviación lo que genera caudales de varios miles metros cúbicos por hora. Es por esto que se propone la cogeneración, usando las soluciones ácidas de las pilas de lixiviación para para el bloque de condensación de la central termosolar. Esto es muy viable debido a los grandes caudales que presentan las pilas de lixiviación. Además se obtiene una mayor obtención de cobre como demuestran los estudios y un mayor rendimiento de los procesos de lixiviación y biolixiviación lo que significa mayores ingresos económicos para la empresa minera. La evaluación económica demostró que la cogeneración daba tasas de retorno de un 31,7% contra un 12,8% de la misma planta con refrigeración por aire. Las centrales con cogeneración demostraron ser rentables para precios de energía eléctrica de 100 USD/MWh mientras que la central con refrigeración por aire ya no es rentable bajo un precio de 125 USD/MWh. También se comprobó que la rentabilidad de los proyectos es mayor con un almacenamiento térmico de 13 horas versus uno de 10 horas.