Post on 29-Aug-2019
transcript
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
71 Resultados de cálculo
7. Resultados de cálculo
7.1 Resultados de cálculo del campo solar
Con las hipótesis consideradas sobre el campo solar, como se ha expuesto en el capítulo
anterior, se introduce un fichero de entrada en Windelsol tal que se obtenga el flujo deseado
en el día de diseño sin tener en cuenta los resultados obtenidos acerca del receptor o el
bloque de potencia.
Por lo tanto, la carta de entrada en Windelsol introducida para obtener 420 kWt en el
receptor el día 81 juliano a las 0 horas solares es la siguiente:
NEW INPUT
&BASIC
Iprob=4
Itape=1
REFSOL=0.85
ASTART=82.5
/
&FIELD
RADMAX=9.0
INORTH=1
/
&HSTAT
WM=6.0
HM=3.2
NCANTX=3
NCANTY=3
DENSMR=0.99
RMIRL=0.94
ICANT=-1
/
&REC
THT=30.0
TOWL=60.0
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
72 Resultados de cálculo
TOWD=5.0
IREC=2
W=1.5
IAUTOP=2
RX=1.5
RY=1.5
/
&NLFLUX
Iflx=1
DIAMF=1.5
Nxflx=13
FAZMIN=90.0
FAZMAX=270.0
Nyflx=13
FZMIN=-4.0
FZMAX=12.0
Icavf=1
FLXLIM=0.6E+8
/
&NLEFF
REFTHP=0.5E6
REFLP=50.0
/
&REC
/
&OPT
NUMTHT=10
THTST=20.0
THTEND=40.0
NUMREC=10
WST=1.0
WEND=5.0
Numopt=1
POPTMN=0.6E5
POPTMX=0.6E5
SMULT=2.7
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
73 Resultados de cálculo
Iplfl=1
Iotape=1
Irerun=1
/
&NLFLUX
Iflx=1
DIAMF=1.5
Nxflx=13
FAZMIN=90.0
FAZMAX=270.0
Nyflx=13
FZMIN=-4.0
FZMAX=12.0
Icavf=1
FLXLIM=0.6E+8
/
&NLEFF
REFTHP=0.5E6
REFLP=50.0
/
&NLCOST
ITHT=1
CTOW1=5.0
CTOW3=5.0
PPIREF=2.6E2
/
&NLECON
/
PERFORMANCE RUN
&BASIC
Iprob=0
Itape=3
TDESP=.06
/
&FIELD
/
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
74 Resultados de cálculo
&HSTAT
/
&REC
/
&NLFLUX
Iflx=1
Ifxout(1,1)=1
DIAMF=10.0
Nxflx=13
FAZMIN=90.0
FAZMAX=270.0
Nyflx=13
FZMIN=-4.0
FZMAX=12.0
Icavf=1
/
&NLEFF
/
&REC
W=-100.
/
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
75 Resultados de cálculo
Con esta carta de entrada se llega a un primer óptimo que habrá de ser revisado:
Design Day 81.00 Julian Day Design Hour 0.000 Solar Time Design Irradiance 0.850 kW/m2 Design Power 0.06 MW Tower Height 24.00 m Heliostats Number 52 Heliostat Horizontal 6.000 m Heliostat Vertical 3.200 m Mirror Density 0.990 Reflective Surface 988 m2 Land Area 0.004 km2 Orientation 180.00 Degrees Aperture Inclination 0.00 Degrees Aperture Horizontal 1.000 m Aperture Normal 1.000 m Absorbing Surface Radius 0.750 m
Viendo la pestaña del balance energético para el día de diseño:
Fig. 32: Balance energético de la primera solución
Como puede verse, se llega a que como primera solución se obtiene mayor potencia de la necesaria. Por lo tanto, en la pestaña del campo solar se afinará con el ajuste hasta llegar a los 0.42 MW deseados.
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
76 Resultados de cálculo
7.1.1 Diagramas de pérdidas
Así pues, reduciendo a 48 heliostatos se llega al flujo deseado. Con esta configuración se tienen las siguientes pérdidas:
Pérdidas por factor coseno:
Fig. 33: Pérdidas por factor coseno
Pérdidas por sombras y bloqueos:
Fig. 34: Pérdidas por sombras y bloqueos
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
77 Resultados de cálculo
Pérdidas por transmisividad atmosférica:
Fig. 35: Pérdidas por transmisividad atmosférica
Pérdidas por vertido:
Fig. 36: Pérdidas por vertido
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
78 Resultados de cálculo
Eficiencia total:
Fig. 37: Eficiencia total
Por lo tanto se disponen 48 heliostatos colocados como se ve en las imágenes anteriores,
una torre de 24 metros de altura y un receptor con una apertura de 1 m2.
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
79 Resultados de cálculo
7.1.2 Matriz de eficiencias
Con esta solución se obtiene una matriz de eficiencias que es el nexo de unión entre
Windelsol y Trnsys. Como ya se ha comentado, la matriz de eficiencias está formada las
eficiencias globales del campo solar correspondientes a 49 combinaciones de siete ángulos
cenitales y siete acimutales solares. Es decir, con esta matriz de eficiencias se representa la
eficiencia global a lo largo de un año del campo solar. Para días distintos a los momentos que
cubre esta matriz, Trnsys interpola hasta obtener un valor de la eficiencia.
NX=7
ELR=0.01,5.,15.,25.,45.,65.,89.5
NY=7
AZR=0,30,60,75,90,110,130
FR=
0.164000 0.273000 0.471000 0.522000 0.564000 0.561000 0.449000
0.291000 0.368000 0.530000 0.608000 0.607000 0.560000 0.448000
0.169000 0.255000 0.456000 0.533000 0.540000 0.509000 0.447000
0.129000 0.220000 0.393000 0.451000 0.477000 0.470000 0.446000
0.091000 0.159000 0.301000 0.346000 0.399000 0.424000 0.445000
0.060000 0.102000 0.169000 0.210000 0.291000 0.360000 0.444000
0.035000 0.048000 0.085000 0.118000 0.205000 0.304000 0.443000
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
80 Resultados de cálculo
7.1.3 Coordenadas del campo solar
Por último, se obtienen las coordenadas del campo solar. Es decir, la posición de cada
heliostato en planta en metros siendo la primera columna la dimensión Oeste-Este y la
segunda la Sur-Norte:
0000000.00 0000018.00
0000000.00 0000026.52
-0000006.67 0000029.23
0000006.67 0000029.23
0000000.00 0000033.44
0000000.00 0000040.36
-0000009.75 0000042.72
0000009.75 0000042.72
0000012.80 0000047.78
-0000012.80 0000047.78
0000000.00 0000049.47
-0000006.98 0000053.06
0000006.98 0000053.06
0000014.90 0000055.60
0000000.00 0000057.56
-0000014.90 0000055.60
0000008.04 0000061.08
-0000008.04 0000061.08
-0000012.91 0000066.99
0000012.91 0000066.99
0000000.00 0000068.22
0000020.63 0000070.26
-0000006.96 0000072.90
-0000020.63 0000070.26
0000006.96 0000072.90
-0000014.81 0000076.83
0000000.00 0000078.24
0000014.81 0000076.83
-0000006.58 0000085.69
0000006.58 0000085.69
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
81 Resultados de cálculo
-0000019.58 0000083.68
0000019.58 0000083.68
-0000014.05 0000090.97
0000014.05 0000090.97
0000000.00 0000092.05
0000007.51 0000097.86
-0000022.36 0000095.57
-0000007.51 0000097.86
0000022.36 0000095.57
0000013.41 0000106.15
0000000.00 0000107.00
-0000013.41 0000106.15
-0000026.61 0000103.63
0000026.61 0000103.63
0000021.41 0000112.22
-0000021.41 0000112.22
-0000007.17 0000114.02
0000007.17 0000114.02
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
82 Resultados de cálculo
7.2 Resultados del bloque térmico
7.2.1 Día de diseño
Como se ha expuesto en el capítulo 6, la planta en principio se dimensiona para que el día
81 juliano a las 0 horas solares produzca una potencia eléctrica de 100 kWe. Para ello, en la
hora 1955 se deben reproducir los parámetros de diseño de la micro turbina:
- Potencia introducida en el sistema: 333 kWt
- Temperatura de entrada a la turbina: 950 ºC
- Presión de entrada a la turbina: 4.5 bar
- Temperatura de escape: 270 ºC
- Presión de escape: 1 bar
Cabe destacar que como se explicó en el apartado 6, en los resultados la hora 1955
corresponderá a la 1957 en los resultados ya que se han retrasado la función de DNI 2 horas
para poder gestionar el apoyo fósil. Por lo tanto se utilizan los parámetros obtenidos de las
calibraciones en los bloques del compresor, la turbina, economizador y el alternador. Así pues,
se detallan las gráficas de potencias, temperaturas y los listados de ambas magnitudes para el
día de diseño y dos días más, correspondientes al día 80 y al 82.
Fig. 38: Modelo para el día de diseño
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
83 Resultados de cálculo
Balance de potencias para el día de diseño
Fig. 39: Balance de potencias para el día de diseño
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
84 Resultados de cálculo
Balance de temperaturas para el día de diseño:
Fig. 40: Balance de temperaturas para el día de diseño
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
85 Resultados de cálculo
Listados de potencias para el día de diseño:
TIME DNI Ptower Pcompresor Prececeptor Pturbina Peléctrica Pcaldera HOURS W/m2 kWt kW kWt kW kWe kW
1924.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1925.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1926.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1927.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1928.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1929.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1930.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1931.00 680.46 299.77 165.41 234.78 245.04 11.55 0.00 1932.00 890.09 420.00 165.41 328.17 284.63 103.72 0.00 1933.00 906.43 420.00 165.41 328.16 284.66 103.75 0.00 1934.00 891.79 420.00 165.41 328.15 284.69 103.77 0.00 1935.00 952.60 420.00 165.41 328.13 284.69 103.78 0.00 1936.00 943.02 420.00 165.41 328.13 284.69 103.78 0.00 1937.00 930.92 420.00 165.41 328.13 284.69 103.78 0.00 1938.00 939.81 420.00 165.41 328.13 284.69 103.78 0.00 1939.00 833.18 383.13 165.41 299.72 273.05 93.65 0.00 1940.00 601.59 251.60 165.41 196.58 227.41 53.94 0.00 1941.00 563.26 219.79 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1942.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1943.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1944.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1945.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1946.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1947.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1948.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1949.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1950.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1951.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1952.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1953.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1954.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1955.00 590.33 260.92 165.41 204.09 230.95 9.50 0.00 1956.00 745.41 369.24 165.41 289.22 268.53 89.71 0.00 1957.00 843.28 420.00 165.41 328.16 284.59 103.68 0.00 1958.00 823.24 414.23 165.41 323.55 282.90 102.21 0.00 1959.00 706.65 347.84 165.41 272.32 261.51 83.60 0.00 1960.00 634.51 309.00 165.41 242.08 248.13 71.97 0.00 1961.00 699.11 365.59 165.41 286.32 267.21 88.56 0.00 1962.00 671.80 337.32 165.41 264.25 257.86 80.43 0.00 1963.00 623.23 286.38 165.41 224.28 240.09 64.97 0.00 1964.00 345.54 144.32 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1965.00 459.85 179.24 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
86 Resultados de cálculo
1966.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1967.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1968.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1969.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1970.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1971.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1972.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1973.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1974.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1975.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1976.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1977.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1978.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1979.00 537.78 238.46 165.41 186.23 222.40 8.26 0.00 1980.00 782.88 388.98 165.41 304.48 275.02 95.36 0.00 1981.00 876.31 420.00 165.41 328.11 284.71 103.79 0.00 1982.00 823.34 414.29 165.41 323.58 282.92 102.23 0.00 1983.00 811.01 398.53 165.41 311.63 277.95 97.91 0.00 1984.00 728.46 354.15 165.41 277.28 263.56 85.38 0.00 1985.00 805.24 420.00 165.41 328.24 284.70 103.78 0.00 1986.00 768.84 385.86 165.41 301.83 273.93 94.41 0.00 1987.00 859.83 394.81 165.41 309.03 276.69 96.81 0.00 1988.00 729.82 304.41 165.41 238.31 246.57 70.60 0.00 1989.00 317.53 123.62 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1990.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1991.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1992.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
87 Resultados de cálculo
Listado de temperaturas para el día de diseño:
TIME Tcomp Tcold Tcold' Trec Trec' Tturb Tesc Tcc HOURS ºC ºC ºC ºC ºC ºC ºC ºC 1924.00 25.00 20.00 10.00 300.00 290.00 0.00 20.00 290.00 1925.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1926.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1927.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1928.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1929.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1930.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1931.00 195.77 318.87 308.87 831.58 821.58 531.52 252.37 821.58 1932.00 195.77 350.92 340.92 960.47 950.47 617.08 266.69 950.47 1933.00 195.77 351.07 341.07 960.45 950.45 617.03 266.76 950.45 1934.00 195.77 351.10 341.10 960.58 950.58 617.13 266.77 950.58 1935.00 195.77 351.11 341.11 960.60 950.60 617.15 266.77 950.60 1936.00 195.77 351.11 341.11 960.60 950.60 617.15 266.78 950.60 1937.00 195.77 351.11 341.11 960.60 950.60 617.15 266.78 950.60 1938.00 195.77 351.11 341.11 960.60 950.60 617.15 266.78 950.60 1939.00 195.77 341.31 331.31 921.56 911.56 591.22 262.36 911.56 1940.00 195.77 306.42 296.42 778.98 768.98 498.19 246.91 768.98 1941.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1942.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1943.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1944.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1945.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1946.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1947.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1948.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1949.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1950.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1951.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1952.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1953.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1954.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1955.00 195.77 308.62 298.62 789.22 779.22 504.08 247.87 779.22 1956.00 195.77 336.81 326.81 906.21 896.21 579.26 260.34 896.21 1957.00 195.77 350.98 340.98 960.53 950.53 616.81 266.72 950.53 1958.00 195.77 349.70 339.70 954.63 944.63 613.08 266.14 944.63 1959.00 195.77 331.55 321.55 883.55 873.55 565.29 257.99 873.55 1960.00 195.77 321.27 311.27 841.60 831.60 537.91 253.43 831.60 1961.00 195.77 335.90 325.90 902.36 892.36 576.86 259.94 892.36 1962.00 195.77 328.76 318.76 872.24 862.24 557.87 256.75 862.24 1963.00 195.77 315.38 305.38 817.01 807.01 522.17 250.83 807.01 1964.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1965.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
88 Resultados de cálculo
1966.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1967.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1968.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1969.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1970.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1971.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1972.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1973.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1974.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1975.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1976.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1977.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1978.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1979.00 195.77 303.03 293.03 764.68 754.68 489.10 245.43 754.68 1980.00 195.77 342.50 332.50 927.55 917.55 594.37 262.89 917.55 1981.00 195.77 351.38 341.38 960.83 950.83 617.37 266.90 950.83 1982.00 195.77 349.74 339.74 954.71 944.71 613.14 266.16 944.71 1983.00 195.77 345.36 335.36 937.89 927.89 601.95 264.18 927.89 1984.00 195.77 333.48 323.48 890.50 880.50 570.42 258.85 880.50 1985.00 195.77 350.67 340.67 960.32 950.32 616.00 266.58 950.32 1986.00 195.77 342.03 332.03 924.46 914.46 593.12 262.68 914.46 1987.00 195.77 344.00 334.00 933.67 923.67 598.71 263.57 923.67 1988.00 195.77 319.96 309.96 836.54 826.54 534.43 252.85 826.54 1989.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1990.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1991.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 1992.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00
Donde:
- Tcomp: Temperatura a la salida del compresor.
- Tcold: Temperatura a la salida del recuperador en el lado frío.
- Tcold’: Temperatura a la entrada del receptor afectada por las pérdidas térmicas en
las conducciones.
- Trec: Temperatura a la salida del receptor solar.
- Trec’: Temperatura a la entrada de la turbina afectada por las pérdidas térmicas en las
conducciones
- Tturb: Temperatura a la salida de la turbina.
- Tesc: Temperatura a la salida del recuperador por el lado caliente.
- Tcc: Temperatura a la salida de la caldera
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
89 Resultados de cálculo
Como puede verse, la caldera en este caso no interviene ya que no existen transitorios tal
como se han clasificado previamente. Además, se ve que para la hora 1957 en el análisis que
se corresponde con la 1955 en la realidad, se cumplen las condiciones pedidas con un error
pequeño que además es admitido por el fabricante de la micro turbina.
Se ve además que los sistemas de control funcionan adecuadamente apagando la planta
cuando no se dispone de un flujo radiante mayor del mínimo. Esto se comprueba en las
últimas horas del día de diseño donde a pesar de tener aún radiación solar, se apaga la planta
ya que no existe potencia suficiente y no hay previsión de tenerla.
Por último se muestra un diagrama del proceso correspondiente al día 81 a las 0 horas
solares:
Fig. 41: Diagrama de proceso para el día y hora de diseño
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
90 Resultados de cálculo
7.2.2 Tratamiento del sistema de apoyo fósil sin arranques
Como se explicó en el capítulo 6, los transitorios se definen como momentos en los que
por efecto de nubes, la radiación solar cae tal que se produce una concentración del flujo
radiante en el receptor menor que la mínima y además se tiene previsión de que se va a tener
radiación suficiente en unas horas.
Como primera aproximación y para no sobrepasar el límite impuesto por la legislación
vigente del 15 % de potencia producida por el apoyo fósil se propone arrancar la caldera
exclusivamente en momentos de transitorios. Con la definición anteriormente dada de
transitorios cabrían las situaciones de arranque, es decir, en los primeros momentos del día en
los que la radiación aún no es suficiente pero se tiene previsión de tenerla. Estas situaciones
también se desechan introduciendo la condición extra de haber tenido radiación suficiente
antes del transitorio.
Así pues, lo que se hace en principio es encontrar un transitorio de este tipo y aplicarle el
procedimiento descrito arrancando la caldera con la potencia calculada en el capítulo 6
Fig. 42: Modelo para el tratamiento de transitorios sin arranques
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
91 Resultados de cálculo
Balance de potencias para un transitorio sin cubrir:
Fig. 43: Balance de potencias para un transitorio sin cubrir
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
92 Resultados de cálculo
Balance de temperaturas para un transitorio sin cubrir:
Fig. 44: Balance de temperaturas para un transitorio no cubierto
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
93 Resultados de cálculo
Balance de potencias para un transitorio cubierto:
Fig. 45: Balance de potencias para un transitorio cubierto
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
94 Resultados de cálculo
Balance de temperaturas para un transitorio cubierto:
Fig. 46: Balance de temperaturas para un transitorio cubierto
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
95 Resultados de cálculo
Listado de potencias para un transitorio sin cubrir:
TIME DNI Ptower Pcompresor Prececeptor Pturbina Peléctrica HOURS W/m2 kWt kW kWt kW kWe
580.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 581.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 582.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 583.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 584.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 585.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 586.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 587.00 399.05 171.13 0.00 0.00 0.00 0.00 588.00 484.21 228.54 0.00 0.00 0.00 0.00 589.00 478.52 240.41 165.41 187.79 223.15 8.37 590.00 627.26 315.28 165.41 247.01 250.51 74.03 591.00 423.05 212.68 0.00 0.00 0.00 0.00 592.00 695.59 349.77 165.41 273.87 262.17 14.03 593.00 831.21 409.34 165.41 320.10 281.22 100.75 594.00 775.13 350.14 165.41 274.14 262.23 84.23 595.00 532.71 220.94 0.00 0.00 0.00 0.00 596.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 597.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 598.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 599.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 600.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 601.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 602.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 603.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
96 Resultados de cálculo
Listado de temperaturas para un transitorio no cubierto:
TIME Tcomp Tcold Tcold' Trec Trec' Tturb Tesc HOURS ºC ºC ºC ºC ºC ºC ºC
580.00 25.00 20.00 10.00 300.00 290.00 0.00 20.00 581.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 582.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 583.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 584.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 585.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 586.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 587.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 588.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 589.00 195.77 303.51 293.51 766.81 756.81 490.38 245.64 590.00 195.77 322.63 312.63 848.15 838.15 541.31 254.03 591.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 592.00 195.77 332.21 322.21 885.73 875.73 567.06 258.29 593.00 195.77 348.10 338.10 948.95 938.95 609.20 265.42 594.00 195.77 332.12 322.12 886.00 876.00 566.82 258.25 595.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 596.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 597.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 598.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 599.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 600.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 601.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 602.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
97 Resultados de cálculo
Listado de potencias para un transitorio cubierto:
TIME DNI Ptower Pcompresor Prececeptor Pturbina Peléctrica Pcaldera HOURS W/m2 kWt kW kWt kW kWe kW
580.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 581.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 582.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 583.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 584.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 585.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 586.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 587.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 588.00 399.05 171.13 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 589.00 484.21 228.54 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 590.00 478.52 240.41 165.41 187.79 223.15 8.37 0.00 591.00 627.26 315.28 165.41 247.01 250.51 74.03 0.00 592.00 423.05 212.68 165.41 161.50 277.74 97.73 152.06 593.00 695.59 349.77 165.41 274.27 261.96 84.00 0.00 594.00 831.21 409.34 165.41 320.12 281.19 100.73 0.00 595.00 775.13 350.14 165.41 274.13 262.25 84.24 0.00 596.00 532.71 220.94 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 597.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 598.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 599.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 600.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 601.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 602.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 603.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
98 Resultados de cálculo
Listado de temperaturas para transitorio cubierto:
TIME Tcomp Tcold Tcold' Trec Trec' Tturb Tesc Tcc HOURS ºC ºC ºC ºC ºC ºC ºC ºC
580.00 25.00 20.00 10.00 300.00 290.00 0.00 20.00 290.00 581.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 582.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 583.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 584.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 585.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 586.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 587.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 588.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 589.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 590.00 195.77 303.51 293.51 766.81 756.81 490.38 240.64 756.81 591.00 195.77 322.63 312.63 848.15 838.15 541.31 249.03 838.15 592.00 195.77 344.70 334.70 776.06 766.06 600.20 258.88 927.88 593.00 195.77 331.82 321.82 885.22 875.22 566.02 253.11 875.22 594.00 195.77 348.07 338.07 949.24 939.24 609.12 260.40 939.24 595.00 195.77 332.14 322.14 886.02 876.02 566.88 253.26 876.02 596.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 597.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 598.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 599.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 600.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 601.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00 602.00 25.00 25.00 15.00 15.00 5.00 5.00 5.00 5.00
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
99 Resultados de cálculo
Listado de señales y parámetros para transitorio cubierto:
TIME Señal1 Señal2 Señal3 Señal4 Señal5 Scaldera Scaudal Efictotal mfuel
HOURS
Tanto por uno kg/h
580.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.3333 0.00 581.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.0000 0.00 582.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.0000 0.00 583.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.0000 0.00 584.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.0000 0.00 585.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.0000 0.00 586.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.0000 0.00 587.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.0000 0.00 588.00 1.00 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.0000 0.00 589.00 1.00 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 0.0000 0.00 590.00 1.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.2804 0.00 591.00 1.00 0.00 1.00 1.00 1.00 0.00 1.00 0.2912 0.00 592.00 1.00 0.00 0.00 1.00 1.00 1.00 1.00 0.2989 11.50 593.00 1.00 0.00 1.00 1.00 0.00 0.00 1.00 0.2947 0.00 594.00 1.00 0.00 1.00 0.00 1.00 0.00 1.00 0.2995 0.00 595.00 1.00 0.00 1.00 0.00 1.00 0.00 1.00 0.2947 0.00 596.00 1.00 0.00 0.00 0.00 1.00 0.00 0.00 0.0000 0.00 597.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.0000 0.00 598.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.0000 0.00 599.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.0000 0.00 600.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.0000 0.00 601.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.0000 0.00 602.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.0000 0.00
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
100 Resultados de cálculo
Así pues, se arranca la caldera gobernada por las señales de control cuando se da el
transitorio de la forma adecuada. De esta forma se evita que la planta se pare en el tiempo de
potencia insuficiente y que por lo tanto arranque dos veces en un día.
Por otra parte, se debe comprobar que no se sobrepasa la limitación de potencia
producida por el apoyo fósil. Como se expuso en el capítulo 6, la potencia eléctrica producida
por el apoyo fósil estará condicionada por el rendimiento en cada momento. Por ello se
comprueba analizando un año entero de funcionamiento. En la siguiente tabla sólo se han
representado las primeras 20 horas del año teniendo en cuenta que están desfasadas dos
horas con respecto a las horas reales:
TIME Pfuel Rendimiento Pelecfuel Pelectot
Suma potencia eléctrica
generada por el apoyo fósil
Suma potencia eléctrica
generada total
Porcentaje usado en transitorios
HOURS kWt
kWe kWe kWe kWe %
1855.35 130335.72 1.42
1.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 2.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 3.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 4.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 5.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 6.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 7.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 8.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 9.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 10.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 11.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 12.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 13.00 0.00 0.2872 0.00 10.71 14.00 0.00 0.2955 0.00 86.68 15.00 0.00 0.2921 0.00 76.50 16.00 0.00 0.2983 0.00 96.14 17.00 0.00 0.2923 0.00 77.14 18.00 0.00 0.2825 0.00 53.89 19.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 20.00 0.00 0.0000 0.00 0.00
Como puede verse, el porcentaje de potencia eléctrica producida por el apoyo fósil
cubriendo exclusivamente transitorios corresponde sólo al 1.42 %. Frente al 15 % permitido es
muy poco. Por lo tanto se analiza la posibilidad de usar la caldea también para los arranques.
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
101 Resultados de cálculo
7.2.3 Tratamiento del sistema de apoyo fósil con arranques
En los modelos previamente analizados se ve que para la primera hora de funcionamiento
no se llega a la potencia eléctrica habitual. Esto es debido a que en los primeros momentos de
funcionamiento, el recuperador no es capaz de precalentar como debería al fluido de entrada
ya que no se ha llegado a la temperatura de operación.
Para ello, se realiza el siguiente modelo que es básicamente igual que el anterior sin
considerar la condición de los transitorios
Fig. 47: Modelo para cubrir transitorios y arranques
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
102 Resultados de cálculo
Balance de potencias para transitorios cubiertos y arranques:
Fig. 48: Balance de potencias para transitorios cubiertos y arranques
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
103 Resultados de cálculo
Balance de temperaturas para transitorios cubiertos y arranques:
Fig. 49: Balance de temperaturas para transitorios cubiertos y arranques
Diseño básico de planta solar termoeléctrica de 100 kW
104 Resultados de cálculo
Por último se comprueba la contribución a la potencia eléctrica producida por el apoyo
fósil. Para ello se vuelve a analizar un año entero de funcionamiento tal como se hizo en el
apartado anterior.
TIME Pfuel Rendimiento Pelecfuel Pelectot
Suma potencia eléctrica generada
por el apoyo fósil
Suma potencia eléctrica generada
total
Porcentaje de potencia eléctrica producida con apoyo fósil
HOURS kWt
kWe kWe kWe kWe %
16321.03 179115.59 9.11
1.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 2.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 3.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 4.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 5.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 6.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 7.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 8.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 9.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 10.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 11.00 152.06 0.2903 44.14 70.63 12.00 0.00 0.2886 0.00 67.17 13.00 0.00 0.2968 0.00 91.02 14.00 0.00 0.2936 0.00 80.74 15.00 0.00 0.2995 0.00 100.80 16.00 0.00 0.2933 0.00 80.05 17.00 0.00 0.2832 0.00 55.52 18.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 19.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 20.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 21.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 22.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 23.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 24.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 25.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 26.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 27.00 0.00 0.0000 0.00 0.00 28.00 0.00 0.0000 0.00 0.00
Se ve cómo con la introducción de la caldera, el porcentaje de potencia eléctrica
producida con el apoyo fósil respecto al total es del 9.11 inferior al máximo posible.