Diseño de estrategias de control predictivo supervisor para centrales solares termoeléctricas de colectores cilindros parabólicos

Abstract

En la actualidad, existe un inmenso interés internacional por el desarrollo de tecnologías de generación con fuentes renovables. Particularmente, la tecnología de concentración solar ha alcanzado suficiente madurez para ser incluida en el mercado de generación y se espera que dentro de los próximos años sea una tecnología presente en la matriz energética de Chile debido principalmente a las condiciones privilegiadas de radiación en el norte del país y también por los incentivos por parte del Estado y también de privados para invertir en esta tecnología. Debido a que en una planta solar no es posible manipular la fuente de energía primaria (radiación solar), el objetivo general del presente trabajo consiste en el diseño de una estrategia de control predictivo basado en modelos (MPC) a nivel supervisor para una planta con colectores cilíndrico parabólicos, que permita aprovechar al máximo el recurso disponible. El trabajo se ha realizado utilizando el simulador de planta solar ACUREX, desarrollado en Matlab-Simulink, el cual representa el comportamiento del lazo de colectores de la plataforma solar de Almería, España. Los modelos predictivos de la planta desarrollados consisten en modelos lineales ARX (autorregresivo con entrada exógena) y ARIX (autorregresivo integral con entrada exógena); y un modelo no lineal difuso de T&S (Takagi & Sugeno), los cuales consideran como variable de salida a la temperatura de salida del aceite del campo colector y como variable de entrada su valor de referencia. Debido a que los modelos ARIX y de T&S presentan los mejores resultados, se propone el diseño de una estrategia de control predictivo a nivel supervisor en base a ambos modelos. Los resultados obtenidos muestran que su implementación reduce el error de seguimiento en 1%, se evita sobreimpulso en el sistema y se limita los cambios en la energía de control, haciendo el funcionamiento del sistema más seguro. En base a pruebas por simulación, se concluye que el MPC difuso supervisor basado en el modelo de T&S mejora el desempeño de la planta frente a cambios en la referencia y en condiciones anormales de operación en comparación con el control regulatorio original. Como líneas de investigación futuras se propone entregar robustez al sistema por medio de la integración de incertidumbre paramétrica en el modelo, incluir criterios económicos de operación e implementar el sistema de control en una futura planta solar en Chile.