Análisis del calentamiento regenerativo del agua de alimentación en plantas solares termoeléctricas

Abstract

El objeto del presente Trabajo de Fin de Grado es el análisis del efecto que tiene en una central solar termoeléctrica, que emplea la tecnología solar de colectores cilindro parabólicos con sistema de almacenamiento térmico, la modificación del calentamiento regenerativo de la planta. Para ello se tomará una planta como referencia que se simulará para distintas configuraciones, en las que variará el número de calentadores de agua de alimentación presentes en el bloque de potencia. Se decide ubicar la planta en la isla de Tenerife, en España, porque reúne unas condiciones idóneas para el uso de energías renovables, y porque hasta día de hoy no dispone de ninguna central de este tipo. Concretamente, se elige la zona sureste de la isla, y las condiciones climatológicas se obtienen de la web “Photovoltaic Geographical Information System” (PVGIS). En lo referente a la central, se parte de los datos disponibles sobre el ciclo de potencia de la planta Andasol-1 situada en Sevilla, España. Sin embargo, se plantea el análisis del impacto tecno-económico para profundizar en la viabilidad que tendría cambiar la configuración real de la planta. El campo solar permanecerá fijo, y se proponen varias configuraciones modificando el número de calentadores de agua de alimentación del ciclo de potencia. El estudio se ha llevado a cabo mediante el uso de dos programas para el cálculo de los parámetros necesarios en el modelado de la planta, y el análisis del calentamiento regenerativo. Por un lado, con el programa “Cycle-Tempo” se modela el ciclo termodinámico de potencia que lleva a cabo la central, para obtener un punto de diseño necesario para la simulación en SAM. Por otro lado, se empleó el software “System Advisor Model” (SAM), creado por National Renewable Energy Laboratory. Dicho software permite simular el funcionamiento de la central al completo, teniendo como valores de entrada aquellos obtenidos por Cycle-Tempo (potencia eléctrica generada y rendimiento del ciclo) y los que se toman como referencia del campo solar de la planta Andasol-1. Finalmente, SAM genera una serie de valores energéticos y económicos, que se analizan para comprobar si las modificaciones mejoran la central solar termoeléctrica en su conjunto. La función de la instalación estudiada es la generación de energía eléctrica mediante la tecnología de concentración solar tipo cilindro-parabólica, incluyendo un sistema de almacenamiento de energía térmica mediante dos tanques de sales fundidas. Se elige la tecnología de colectores cilindro parabólicos (CCPs), dado que es la más utilizada dentro de los sistemas de captación solar, por su madurez tecnológica; y por tanto existe bastante información sobre ella. Además, la ventaja de este tipo de captador es que permite incluir un sistema de almacenamiento de energía térmica mediante dos tanques de sales fundidas. De esta manera, posibilita la producción de energía en períodos de baja radiación y tras la puesta de Sol, mejorando así el rendimiento de la planta. El funcionamiento de la planta se explicará detalladamente.

The aim of the following end-of-degree project is the analysis of the effect that the regenerative heating has on the parabolic through solar plant with thermal storage. In order to carry out this study, a real plant can be taken as a reference that will be simulated for different configurations, in which the number of feedwater heaters in the power block will vary. It was decided to locate the plant on the island of Tenerife, in Spain; because it meets ideal conditions for the use of renewable technologies and due to there is any plant of this kind in the archipelago. Specifically, it is choosing the southeast part of the island, and the weather conditions can be found on the website “Photovoltaic Geographical Information System” (PVGIS). Regarding the plant, it is based on the available data related to the power cycle of the Andasol-1 plant, located in Seville, Spain. However, it is proposed the analysis of the techno-economic impact to delve into the viability that would have to change the actual configuration of the plant. The solar field will remain unmodifiable, and various configurations are proposed by modifying the number of feedwater heaters in the power cycle. The study has been carried out by using two softwares to calculate the necessary parameters in the plant modelling and the regenerative heating analysis. On one hand, with Cycle-Tempo software it is possible to model and simulate the thermodynamic cycle of the plant power block. On the other hand, the “System Advisor Model” (SAM) software, created by National Renewable Energy Laboratory, was used. The aforesaid program simulates the operation of the entire plant, taking as input values those obtained by Cycle-Tempo (gross electrical power and cycle efficiency) and those taken as a reference from the solar field of Andasol-1. Finally, SAM generates a series of energy and economic values, which are analysed to see if the modifications improve the solar parabolic through plant as a whole. The function of the installation studied is the generation of electrical energy by means of solar parabolic through technology, including a thermal energy storage system with two molten salt tanks. Parabolic through collectors are chosen for this study, since it is the most common solar collection system because of its technological maturity, so there is a lot of information about it. Besides, one of the main advantages of this collector type is that it could include a thermal energy storage system. In that way, it enables the production of energy, in periods with low radiation levels and after sunset, thus improving the performance of the plant. The operation of the plant will be explained in detail.