Estudio transiente de una planta termosolar de torre central con variaciones en el ciclo Rankine

Abstract

Las plantas termosolares se caracterizan por su sensibilidad a cambios dinámicos, como lo es el paso de una nube que bloquee parte de la irradiancia sobre el campo de heliostatos. Aquello significa una disminución drástica de la energía que puede recibir el sistema por un periodo de tiempo, que lleva al sistema a experimentar un régimen transiente. Esto tiene efectos en los diferentes subsistemas de la planta, determinando finalmente cuánta potencia eléctrica es capaz de producir dependiendo de las condiciones externas. Dentro de todos los subsistemas, el ciclo Rankine es donde se aprovecha el trabajo mecánico del vapor, para convertirlo en energía eléctrica, dentro de este ciclo destaca la etapa de regeneración, donde parte del vapor que sale de la turbina se desvía antes de llegar al condensador. Este vapor extraído se utiliza para precalentar el agua de alimentación que entra a la caldera. La etapa de regeneración se compone por una serie de calentadores que pueden variar en su cantidad, determinando así diferentes diseños en el ciclo Rankine. Por ese motivo, se busca profundizar el estudio del régimen transiente para diferentes diseños en el ciclo Rankine, ocupando herramientas computacionales para modelar y simular el problema. Adicionalmente, se realiza el estudio con enfoque las tecnologías disponibles en Chile, como lo es Cerro Dominador, la primera planta termosolar de torre central en América Latina. El objetivo general de este trabajo es estudiar el régimen transiente en una planta termoso- lar de torre central con sales fundidas, determinado por la dinámica climática y diferentes configuraciones del ciclo Rankine. La metodología a aplicar consiste en usar datos climáticos reales para simular bajo esas con- diciones el comportamiento de una planta termosolar. El modelamiento y las simulaciones se llevan a cabo a través de System Advisor Model (SAM) y MATLAB, los cuales son usados de forma complementaria para lograr el objetivo. SAM simula el funcionamiento diferentes tecnologías de generación que utilizan fuentes renovables, dado los parámetros de diseño y datos climáticos. Sin embargo, SAM posee un ciclo Rankine que no es posible configurar, y por lo tanto, para realizar un estudio de diferentes ciclos es necesario hacer uso de la interfaz ’User Defined Power Cicle’, que permite estudiar la planta con datos de funcionamiento de ciclos diferentes al ofrecido por defecto. En MATLAB, se hace uso del método de Spencer, Cotton y Cannon permiten estudiar de forma precisa el comportamiento de diferentes confi- guraciones del ciclo Rankine en cargas parciales de vapor. Los resultados del estudio muestran una clara ventaja en el arranque de la planta cuando se trata de un ciclo de Rankine con 1 calentador en la turbina de alta potencia, 1 calentador en la turbina de pertenecía intermedia y 4 calentadores en la turbina de potencia baja.