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1. 1
Perspectivas de
desalinización solar
www.clca.columbia.edu
Vasilis Fthenakis
Director, Centro para el análisis del ciclo de vida
Universidad de Colombia

2. 2
Sostenibilidad - Un gran plan para la energía
solar
By 2050 renewable energy to supply 69% of electricity,
35% of total energy needs of the U.S.
Zweibel, Mason, Fthenakis, Jan. 2008
.
The technical, geographical and economic feasibility for solar energy to supply the energy needs of
the U.S., Vasilis Fthenakis, James Mason, Ken Zweibel, Energy Policy 37 (2009)
Photovoltaics, Concentrated Solar Power
Wind, Energy Storage, Geothermal, Biomass
High Voltage DC Transmission
Hybrid plug-in electric cars
Cumulative Deployment 2030
254 GW PV; 210 GW Wind
118 GW CSP; 55 GW Geothermal

3. 3
Las regiones de estrés hídrico son ricas en radiación
solar y, a menudo, ricas en recursos de metales y
minerales
• La energía solar limpia e inagotable se volvió
competitiva en costos
• Las regiones de estrés hídrico son ricas en
irradiancia solar
• La desalinización utiliza una gran cantidad de
energía basada en combustibles fósiles que genera
emisiones de carbono
La desalinización
de agua baja en
carbono basada en
la energía solar es
un enfoque sensato

4. 4
Explorando el potencial de desalinización
solar en regiones soleadas y áridas
• Fthenakis V., Atia A., Bkayrat R., Ng Kim C., Alghasham T., Khalid A., Sgouridis S., Prospects in Solar
Water Desalination: Towards Affordable H2O without CO2, 31st European Photovoltaic Solar
Energy Conference, Munich, June 2016
• Fthenakis V., Atia A., Morin O., Bkayrat R., and Sinha P., New Prospects for PV Powered Water
Desalination Plants: A case study in Saudi Arabia, Progress in Photovoltaics: Research and
Applications, 4, 543–550, 2016
• Fthenakis V. Solar Desalination Prospects in the Gulf Council Countries, Report for IRENA,
December 2015.
• Atia A., Fthenakis V., and Bkayrat R., Techno-economic Evaluation of Stand-Alone PV-Powered
Seawater desalination Plants in Saudi Arabia, pp. 4075-4080, 29th European Photovoltaic Solar
Energy Conference, Amsterdam, Sept. 2014
Solar
Electricity
1 kWh
Diesel
Power Plants
DISPLACES 0.08
Gallons
Avoid
Fuel Subsidy
SAVES 12¢
kWh
DISPLACES 0.8 kg CO2
Global Clean Water Desalination Alliance (GCWDA)-H20 minus CO2, initiated by Masdar in collaboration with
France, launched in Paris during COP21, 2015, co-founded by Fthenakis and seventy partners

5. 5
Integración de tecnologías solares y
desalinizadoras.
Tecnología solar
Energía Solar Concentrada (CSP)
Colector de placa plana (FPC)
Colector de tubos de evacuación (ETC)
Fotovoltaica (PV)
Tecnologías de desalinización
Osmosis Inversa (RO)
Destilacion de membrana(MD)
Alambique
solar
Destilación multiefecto
Flash multietapa (MSF)
Electrodiálisis (DE)

6. 6
Los costos de capital de la planta
desalinizadora en los Estados Unidos
ED
(Electrodialysis)
MED (Multi-effect
Distillation)
RO (Reverse
Osmosis)
Mean $1,856 $2,064 $1,367
Number of Plants 9 19 215
0
50
100
150
200
250
$-
$500
$1,000
$1,500
$2,000
$2,500
$3,000
$3,500
Capital
Cost
per
unit
of
Daily
Capacity
($/m3/day
Error
Bars)
Technology (Error Bars Showing Standard Deviation)
Desalination Plant Installed Price in the U.S. from 2001 to 2017
Compiled from
GWI database

7. 7
● Sistema de desalinización RO que puede manejar una amplia gama de salinidad de
alimentación
● El sistema proporciona servicios auxiliares a la red.
● Ganador del concurso de diseño integrado de desalinización de energía de EE. UU.
Sistema de desalinización PV de control de salinidad
variable

8. 8
Costo Nivelado Proyectado del Agua
(LCOW)Scenarios with energy and regulation market participation
in California
ASCRO: active-salinity-control reverse osmosis

9. 9
Programa de desalinización solar térmica del
Departamento de Energía de los Estados Unidos
(DOE) 2019-2021
R&D Topic Areas:
1. Innovaciones en tecnologías de desalinización térmica.
2. Calor solar térmico de bajo coste.
3. Sistemas integrados de desalinización solar.
4. Análisis para la desalinización solar térmica.
5. -Desarrollar herramientas analíticas que simplifiquen la
planificación, el diseño y la valoración de los sistemas de
desalinización solar térmica.
Target:
Seawater
desalination
below $0.50/m3
Source: DOE-EERE FOA, 2018

10. Herramienta de interfaz gráfica de usuario basada en SIG para
analizar sistemas de desalinización solar térmica y regiones de alto
potencial de implementación
• Reference Desalination models: MSF, MED, MED-TVC, RO
• New Technologies & Potential Hybrids: MD, RO-MED, RO-MD, crystallization for ZLD.
• The analysis tool design will be Open Access, Expandable, using a Modular Architecture
US-DOE Award to Columbia University, 2018-2021
PSA: Plataforma Solar de Almeria
SAM: NREL System Advisory Model

11. energy.gov/solar-office
energy.gov/solar-office
energy.gov/solar-office
energy.gov/solar-office
energy.gov/solar-office
energy.gov/solar-office
Desarrollo de la base de datos de agua salobre
Concentración de sólidos disolubles totales (TDS) (mg / L)
Compiled from USGS, 2017, Texas Municipal Surveys,
and Texas Water Development Board, 2018.

12. energy.gov/solar-office
energy.gov/solar-office
energy.gov/solar-office
energy.gov/solar-office
energy.gov/solar-office
energy.gov/solar-office
Desarrollo de la base de datos de agua y petróleo
producida
Compiled from USGS Produced
Water data, 2018

13. energy.gov/solar-office
energy.gov/solar-office
energy.gov/solar-office
energy.gov/solar-office
energy.gov/solar-office
energy.gov/solar-office
Desarrollo de la base de datos del calor residual de la
central eléctrica
Compiled from 2012 EIA data

14. Modelo de ejemplo: TVC-MED integrado con CSP
Ortega-Delgado, Palenzuela, Alarcon-Padilla, Desalination 394, 2016

15. 15
Observaciones finales
➢ La evolución de la energía solar cataliza la I + D + D y permite nuevos mercados
para la desalinización.
➢ El desafío de la variabilidad solar se resuelve con la hibridación de procesos, el
modelado avanzado y los controles que ofrecen flexibilidad y servicios de red de
obtención de valor.
➢ El cambio climático aumentaría la necesidad de desalinización del agua,
mientras que la energía solar (y otras ER) mejorará su accesibilidad y su huella
ambiental.
➢ El costo del agua potable a partir de la desalinización solar se proyecta en
menos de $ 0.50 / m3
Collaborators:
Adam Atia, Greg Yetman, Zhuoran Zhang, Columbia University, US
Guillermo Zaragoza, Diego-César Alarcón-Padilla, Patricia Palenzuela, Plataforma Solar de Almeria,
Spain
www.clca.columbia.edu
email: vmf5@columbia.edu