Modelación de plantas termosolares de torre central

Abstract

Hasta ahora el estudio en cuanto a modelación de plantas termosolares de torre central se había enfocado, en su mayoría, al campo de helióstatos y el receptor, existiendo también algunos que consideran almacenamiento. Lo que tienen en común todos estos trabajos es que cada uno de ellos se enfoca casi únicamente en un subsistema perteneciente a la planta. El objetivo general de esta memoria es modelar una planta termosolar de torre central con almacenamiento de sales fundidas con el fin de desarrollar un simulador no lineal dinámico que esté conformado por cada uno de los subsistemas que intervienen en la operación de esta clase de plantas solares. Los subsistemas relevantes de la planta son: el campo de helióstatos, el receptor de torre central, los estanques de almacenamiento, el generador de vapor y la turbina de vapor. Este simulador es desarrollado a partir de una revisión del estado del arte y leyes termodinámicas fundamentales. Su implementación se realiza en el software Matlab/Simulink. A lo largo de la modelación se destacan las variables más relevantes del proceso, ya que se ven involucradas en cada uno de los subsistemas dada la naturaleza termodinámica de la planta. Estas variables son la entalpía, la temperatura, la densidad, la presión y el flujo másico. A partir de éstas y balances de energía y masa se obtiene la modelación fenomenológica presentada en este trabajo. En cuanto al flujo de salida de los subsistemas, el cual se obtiene a través de una variable de control proporcional constante correspondiente al flujo volumétrico. Por consiguiente, a partir del flujo de salida se controla la temperatura y niveles en los estanques a lo largo del día. Dada la dinámica de la radiación solar y el control de variables a través de variables manipuladas, los resultados obtenidos para temperatura y nivel sobrepasan los valores esperados, pero aún así, hacen sentido. Considerando además que la modelación es no lineal, se concluye que es necesario utilizar controladores de mayor orden para solventar las no linealidades y las variaciones en la radiación. En cuanto al generador de vapor, se utilizó como base una modelación en el contexto de una planta de ciclo combinado y colectores solares, por lo tanto, debió ser modificada para representar de mejor forma el generador de vapor necesario en esta aplicación. Si bien su desempeño por subsistema es satisfactorio, al quitarle ciertos bloques es necesario hacer un trabajo matemático para obtener las condiciones iniciales idóneas para su correcto funcionamiento. También, este generador posee características específicas que no permiten exigirle una potencia mayor a 11 MW.