Diseño de estrategias de control predictivo para plantas termoeléctricas de ciclo combinado con colectores solares integrados

Abstract

El objetivo de esta tesis es el diseño de estrategias de control predictivo (MPC) para plantas de ciclo combinado con colectores solares integrados (ISCC), que permita optimizar su funcionamiento en términos operacionales y económicos. Para que este tipo de plantas sea factible, el lugar en que se construyen debe tener altos niveles de radiación solar. Considerando que Chile es el país que tiene la radiación más alta del mundo, es que en esta Tesis se trabaja con plantas ISCC. Para el diseño de las estrategias de control, se desarrolló un simulador en Matlab ® Simulink de una planta ISCC. El sistema se implementa a partir de un simulador existente de una planta de ciclo combinado y de un simulador de una planta de colectores solares distribuidos (DSC). El desarrollo incluye el diseño de un generador de vapor solar y del sobrecalentador de la planta ISCC. Se diseña un MPC difuso para la planta solar, como parte de la planta ISCC. Los resultados se comparan con un MPC lineal, obteniéndose que el MPC difuso tiene mejor comportamiento ante cambios en las condiciones normales de operación. Utilizando un modelo ARIX (autorregresivo integral con entrada exógena) se diseña un MPC supervisor para la presión de vapor de la caldera de la planta ISCC. Los resultados se comparan con un controlador PI de nivel regulatorio. Se evalúan las estrategias de control, utilizando el simulador desarrollado y se concluye que el MPC supervisor disminuye el consumo de combustible de la planta ISCC, en régimen permanente y frente a cambios en la potencia de la turbina de vapor y de la turbina de gas. Con el simulador desarrollado, se pueden diseñar diferentes estrategias de control, para plantas ISCC, además de estudiar el comportamiento de sus variables. Dentro del marco del MPC, se puede realizar la optimización de las plantas ISCC considerando diferentes criterios, modos de operación y restricciones. Las principales contribuciones de estas tesis son: i) El desarrollo de un simulador de una planta ISCC. ii) El diseño de una estrategia de control predictivo difuso para una planta DSC. iii) El diseño de una estrategia de control predictivo supervisor para la planta ISCC.