simulacion y optimizacion de centrales termosolares

simulacion y optimizacion de centrales termosolares

 SIMULACION Y OPTIMIZACION DE CENTRALES
TERMOSOLARES Autores: Manuel
Blanco, Ana
Bernardos y Marcelino
Sánchez (Dpto.
Energía Solar Térmica
del Centro Nacional de
Energías RenovablesCENER)
Una central eléctrica
termosolar transforma la
radiación solar directa
en energía eléctrica,
mediante la conversión
previa de la energía
solar en térmica. En
primer lugar, la
radiación solar directa
es captada en el
sistema concentrador,
que la concentra sobre
la apertura de entrada
del sistema receptor,
donde es transformada
en energía térmica
(incremento de entalpía)
de un fluido de trabajo,
para pasar a
continuación al bloque
de potencia donde dicha
energía térmica es
transformada en trabajo
y éste en energía
eléctrica. Estos
procesos implican la
utilización de varios
dispositivos que,
frecuentemente,
incluyen sistemas de
intercambio térmico que
trabajan con diferentes
fluidos. En lugar de
convertir de inmediato
la energía térmica en
eléctrica, también, es
posible almacenar,
parcial o totalmente,
dicha energía térmica
para su transformación
en eléctrica en un
momento posterior.
alcanzar la
gestionabilidad
completa.
La principal diferencia,
desde el punto de
vista conceptual, entre
una planta termosolar
y una
planta térmica
Figura 1. Esquema de
una instalación solar
termoeléctrica
convencional, es que el
aporte de la energía
primaria para operar el
ciclo termodinámico y
producir la electricidad
deseada, se realiza
utilizando energía solar
concentrada, siendo por
lo tanto la fuente
energética utilizada de
origen renovable y el
proceso de producción
de electricidad no
contaminante.
La hibridación de la
planta con otra fuente
de energía convencional
o renovable que aporte
su contribución
energética de forma
alternativa o simultánea
a la contribución solar,
es una solución
energética excelente, ya
que aumenta la
gestionabilidad de la
central, pudiendo
En el caso de una
central termoeléctrica
más convencional, ya
sea su combustible
carbón, fuel, gas o
uranio, la fuente
energética es un
recurso agotable y el
proceso de producción
de electricidad es
contaminante, ya sea
por la producción de
CO2 o por la producción
de residuos nucleares.
Además de esta
diferencia, existen otras
diferencias relevantes,
que han de tenerse en
cuenta antes de
enfrentarnos a la
compleja tarea del
diseño y optimización de
una planta termosolar.
Para empezar, nuestra
fuente energética, la
irradiancia solar, tiene
un carácter intermitente,
con una gran
variabilidad diaria, y
estacional. Esta
variabilidad es debida
tanto al movimiento
aparente del sol en el
cielo como a factores
meteorológicos Esta
característica hace que,
a diferencia de las
plantas convencionales,
que se diseñan y
optimizan para que
todos sus sistemas y
subsistemas trabajen en
condiciones nominales
durante la operación de
la central, las plantas
termosolares se operan
buscando el
comportamiento óptimo
global anual del
conjunto, lo que implica
la operación de la
mayoría de los sistemas
y subsistemas en
condiciones diferentes
de las nominales.
Por otra parte a la
hora de diseñar una
planta hemos de tener
bien presente cual es
el objetivo que se
persigue, dicho objetivo
marcará las pautas del
proceso de
optimización. Los
objetivos más comunes
son producir la máxima
energía posible
Figura 2. Muestra de
pantalla de uno de los
simuladores
(maximizar el factor de
capacidad de la planta),
o producir la electricidad
al menor precio posible
(minimizar el LCOE ). Si
analizamos los objetivos
de un proyecto desde el
punto de vista
empresarial, el objetivo
más habitual es
maximizar la
rentabilidad del
proyecto, y dicha
rentabilidad depende no
solo de factores
técnicos y económicos
sino también factores
legales, fiscales etc. Por
ello es imprescindible
disponer de
herramientas de
simulación que puedan
adaptarse y tener en
cuenta adecuadamente
todos los condicionantes
del proyecto ya sean
internos o externos. Por
esta razón la planta
óptima resultante de
modo habitual no es ni
la de mayor factor de
capacidad ni la de
menor LCOE, en la
mayoría de los casos, la
opción más adecuada
pasa por buscar una
solución de compromiso
entre los factores
técnicos como son la
eficiencia la durabilidad
y fiabilidad y
económicos como son
el coste de producción,
el precio de venta de la
electricidad y los
condicionantes
externos, (curva de
demanda del mercado
eléctrico, tasas primas y
marcos regulatorios).
Hasta ahora hemos
analizado los factores
que influyen en la
optimización del diseño
y la configuración de la
planta, pero también es
importante tener en
cuenta la utilidad de los
programas de
simulación para la
mejora de la operación,
la producción óptima de
la planta y la
rentabilidad de la
misma, adaptando la
producción eléctrica a
las necesidades del
mercado.
Como ya se ha
mencionado
anteriormente algunas
de las características
más peculiares de las
plantas termosolares
son su posibilidad de
almacenar la energía
térmica para su
transformación en
eléctrica en un momento
posterior y su facilidad
para la hibridación con
otra fuente de energía
convencional o
renovable. Las
herramientas de
diseño y simulación
nos permiten analizar
diferentes estrategias de
operación para poder
hacer; un mejor uso de
los sistemas de
almacenamiento, una
hibridación más
eficiente con otras
fuentes de energía y
una producción más
adecuada a la demanda
eléctrica existente.
Si queremos que
los resultados del
proceso de simulación
sean un reflejo más
preciso de la realidad,
debemos tener en
cuenta que tanto los
datos de entrada
técnicos que alimentan
los modelos (año
meteorológico tipo, la
eficiencia de los
diferentes sistemas
etc.), como los datos
económicos de los
mismos (costes de los
diferentes sistemas y
financiación del
proyecto), presentan
incertidumbres
importantes, siendo
éstas incertidumbres
mayores cuando la
madurez tecnológica es
menor.
Por ello, teniendo en
cuenta que las
diferentes tecnologías
termosolares están aún
inmersas en un proceso
de evolución constante,
durante el proceso de
optimización de la
planta, es
recomendable hacer un
análisis exhaustivo de
incertidumbres,
presentando los
resultados no de un
modo determinista sino
de un modo
probabilístico,
mostrando por tanto la
distribución
probabilística de las
diferentes soluciones.
Este método de análisis
nos permite aumentar
nuestro criterio de
decisión y nos da una
clara idea de los riesgos
a los que nos
enfrentamos a la hora
de abordar la ejecución
del proyecto.
El Departamento
de Energía Solar
Térmica del Centro
Nacional de Energías
Renovables CENER,
trabaja desde hace
años en el desarrollo y
mejora continua de
herramientas de
simulación que permiten
abordar las tareas de
diseño y optimización de
plantas termosolares
con el rigor requerido.
Los resultados de las
diferentes simulaciones
realizadas durante el
proceso de optimización
son analizados
meticulosamente por el
equipo técnico de
CENER que gracias a
su vasta experiencia en
el diseño de plantas
termosolares tanto
experimentales como
comerciales, posee el
criterio adecuado para
la interpretación
correcta de los
resultados y para la
toma de decisiones
necesaria para que la
planta resultante sea la
optima de acuerdo a las
condiciones de contorno
singulares de cada
proyecto. Más
información:
http://www.cener.com