Nueva generación de centrales termosolares con colectores solares lineales acoplados a ciclos supercríticos de potencia

Resumen

El cambio climático representa uno de los principales desafíos de la humanidad hacia un futuro de paz, prosperidad y sostenibilidad del desarrollo de la sociedad. El Mundo necesita un nuevo modelo de crecimiento sostenible, seguro, duradero y beneficioso para todos. Reconociendo que el desarrollo sostenible, el acceso universal a la energía, y la seguridad energética son críticas para compartir la prosperidad y el futuro de nuestro planeta. Para garantizar y fomentar las energías sin impacto ambiental, sostenibles y de acceso universal, y beneficiarse del Sol como fuente energética. La energía termosolar jugará un papel importante para acelerar la transición entre los combustibles fósiles y nucleares hacia fuentes energéticas renovables. Esta tesis trata de ahondar en este contexto buscando la integración de sinergias entre colectores solares lineales (cilindro parabólicos y Fresnel), los diferentes fluidos de trabajo disponibles en el estado de la técnica (aceite térmico, sales fundidas, generación directa de vapor) y ciclos de potencia (Joule-Brayton, Rankine). Para abordar este planteamiento, se parte del estado de la técnica de plantas termosolares, fluidos de trabajo y ciclos de potencia (capítulo 1) que será analizado con la metodología descrita en el capítulo 2. Con esta base, se comienza por evaluar posibles mejoras al rendimiento de las plantas termosolares de colectores lineales y generación directa de vapor (capítulo 3), la utilización de ciclos Rankine supercríticos (capítulo 4), el uso de sales fundidas en el campo solar y ciclos Brayton con Dióxido de Carbono como fluido de trabajo (capítulo 5). A la vista de los resultados se introduce la necesidad de optimizar los parámetros de operación de plantas termosolares, siguiendo pautas recomendadas por otros autores (capítulo 6), lo que conduce a la realización de una herramienta de cálculo propia, SCSP, que minimiza el área de captación solar mediante algoritmos de optimización multivariable SUBPLEX, UOBYQA y NEWUOA. Con esta herramienta se estudian campos solares con aceite térmico acoplados a ciclos Brayton con Dióxido de Carbono (capítulo 7), campos solares con generación directa de vapor y ciclos Brayton con Dióxido de Carbono (capítulo 8), campos solares Dual-Loop con ciclos Brayton con Dióxido de Carbono (capítulo 9) y campos solares con sales fundidas o generación directa de vapor con ciclos Brayton de etano supercrítico (capítulo 10). En el capítulo 11 se compara el comportamiento del Dióxido de Carbono con otros posibles fluidos de trabajo en ciclos Brayton. Por último en el capítulo 12 se describen las generalidades del software desarrollado, SCSP y en el capítulo 13 se indican los principales resultados, conclusiones y trabajos futuros que derivan de esta tesis. El trabajo desarrollado constituye un completo catálogo de configuraciones y prestaciones, habiéndose puesto énfasis en varias configuraciones novedosas, que en su conjunto orientan al diseñador sobre las capacidades de cada posible combinación de campo solar / bloque de potencia en función de sus fluidos de trabajo.