{"id":133228,"date":"2016-11-10T08:25:44","date_gmt":"2016-11-10T07:25:44","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=133228"},"modified":"2016-11-07T11:35:09","modified_gmt":"2016-11-07T10:35:09","slug":"primeros-avances-en-el-diseno-de-receptores-solares-de-torre-con-fluidos-supercriticos-2","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2016\/11\/10\/133228","title":{"rendered":"Primeros avances en el dise\u00f1o de receptores solares de torre con fluidos supercr\u00edticos"},"content":{"rendered":"

[Autora: Mar\u00eda Isabel Rold\u00e1n Serrano. CIEMAT-Plataforma Solar de Almer\u00eda]<\/span><\/strong><\/p>\n

\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 <\/span>En las tecnolog\u00edas de concentraci\u00f3n solar t\u00e9rmica, la selecci\u00f3n apropiada del fluido de transferencia de calor permite incrementar tanto la eficiencia del receptor como la eficiencia global de la instalaci\u00f3n. El empleo de fluidos innovadores en el receptor solar puede aumentar su coste debido a que debe soportar condiciones de trabajo m\u00e1s exigentes; sin embargo, la mejora de la eficiencia tanto del receptor como del ciclo de potencia permite disminuir el coste de la electricidad producida.<\/span><\/p>\n

\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 <\/span>Para un receptor tubular de torre, la radiaci\u00f3n solar concentrada es transferida desde las paredes del tubo hasta el fluido de transferencia de calor, el cual pasa a trav\u00e9s de un intercambiador de calor para generar el vapor que alimenta un ciclo Rankine. Por tanto, cuanto mayor sea la temperatura alzanzada por el fluido de trabajo, mejor ser\u00e1 la eficiencia tanto del receptor como del ciclo <\/span>[1]. Por otro lado, los fluidos de transferencia de calor empleados en una planta termosolar comercial con tecnolog\u00eda de torre son principalmente sales fundidas y agua\/vapor, cuyas propiedades limitan el rendimiento de la planta. As\u00ed, las sales fundidas presentan un l\u00edmite de temperatura m\u00e1ximo de 600\u00baC, mientras que la generaci\u00f3n directa de vapor implica un control complejo (flujo bif\u00e1sico) y una capacidad limitada para el almacenamiento t\u00e9rmico [2]. <\/span><\/p>\n

\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0\u00a0 <\/span>La b\u00fasqueda de fluidos innovadores que permitan alcanzar mayores temperaturas de trabajo ha llevado al desarrollo de nuevos dise\u00f1os de receptores solares con CO<\/span>2<\/span><\/sub> supercr\u00edtico (s-CO<\/span>2<\/span><\/sub>) basados en m\u00f3dulos tubulares capaces de soportar altas presiones internas del fluido supercr\u00edtico (alrededor de 20 MPa) y elevadas temperaturas (627 \u00baC) <\/span>[3][4]<\/span>. Estas condiciones de trabajo y la existencia de conexiones m\u00f3viles en el circuito de la planta termosolar plantean retos t\u00e9cnicos cuando se emplea s-CO2<\/sub><\/span> debido a la falta de compatibilidad de los materiales sellantes y a las posibles fugas del fluido. No obstante, dichos problemas pueden ser controlados mejor en la tecnolog\u00eda de torre, ya que el receptor solar es fijo <\/span>[5]. <\/span><\/p>\n

Con el fin de integrar nuevos fluidos t\u00e9rmicos en plantas termosolares, el proyecto AlcConES, financiado por la Comunidad de Madrid, contempla como actividad el estudio de las condiciones de operaci\u00f3n para el uso del s-CO2<\/sub><\/span> en receptores solares de torre. En concreto, el Centro de Investigaciones Energ\u00e9ticas, Medioambientales y Tecnol\u00f3gicas (CIEMAT) est\u00e1 realizando un an\u00e1lisis de dichas condiciones de operaci\u00f3n para un receptor tubular de torre que emplea este fluido supercr\u00edtico como medio de transferencia de calor. Para ello, se ha desarrollado un modelo de simulaci\u00f3n, mediante la Fluidodin\u00e1mica Computacional, aplicado a un dise\u00f1o anterior creado para el uso de sales fundidas y validado con resultados experimentales obtenidos a partir de la puesta en marcha y ensayo del sistema. Dicho dise\u00f1o consta de distintos grupos de tubos met\u00e1licos, dispuestos en tres paneles, por los que circula el fluido de trabajo <\/span>[6] (Figura 1a).<\/span><\/p>\n

A partir de la simulaci\u00f3n de un \u00fanico panel de tubos y considerando una condici\u00f3n de simetr\u00eda (Figura 1<\/span>b), se obtuvo la primera evaluaci\u00f3n de las condiciones de operaci\u00f3n para un caudal fijado y una temperatura de entrada de 442 \u00baC. Para mantener la condici\u00f3n supercr\u00edtica del fluido a la salida del primer panel (presi\u00f3n algo superior a la cr\u00edtica), la presi\u00f3n a la entrada deber\u00eda ser pr\u00e1cticamente de unos 10 MPa, alcanz\u00e1ndose los 630 \u00baC en el fluido. Este primer an\u00e1lisis permiti\u00f3 observar que la presi\u00f3n de operaci\u00f3n necesaria para el s-CO2<\/sub><\/span> es mucho mayor que la necesaria para las sales fundidas (alrededor de 0.6 MPa); sin embargo, dicha presi\u00f3n es alcanzable con equipos ya empleados experimentalmente en otras instalaciones termosolares <\/span>[7]. Cuando se extiende el estudio a los tres paneles, la presi\u00f3n de entrada requerida para mantener la condici\u00f3n supercr\u00edtica del fluido es de unos 14 MPa.<\/span><\/p>\n

\u00a0\"\"<\/p>\n

Figura 1. Dise\u00f1o inicial del receptor solar de torre para s-CO2<\/sub>: a) receptor tubular de tres paneles, b) dominio de simulaci\u00f3n.<\/strong><\/p>\n

Por otro lado, la temperatura alcanzada en el primer panel (630\u00baC) ya supera la temperatura l\u00edmite de trabajo para las sales fundidas (600\u00baC); lo que permitir\u00eda, tal y como se ha mencionado, un incremento en la eficiencia del ciclo de potencia. Por tanto, a partir de estos primeros resultados, el s-CO2<\/sub><\/span> se plantea como una prometedora alternativa como fluido de transferencia de calor en receptores tubulares de torre; sin embargo, como futuro desarrollo es necesario adaptar el dise\u00f1o del receptor a las condiciones espec\u00edficas del fluido supercr\u00edtico, de forma que se pueda optimizar el sistema. \u00c9sta es la direcci\u00f3n que est\u00e1 siguiendo el CIEMAT en el estudio del s-CO<\/span>2<\/span><\/sub> como fluido de trabajo en receptores solares de torre.<\/span><\/p>\n

Fuentes<\/span>:<\/span><\/p>\n

    \n
  1. N. Boerema, G. Morrison, R. Taylor and G. Rosegarten, Sol. Energy 86, 2293-2305 (2012).<\/li>\n
  2. Z. Ma and C.S. Turchi, Advanced Supercritical Carbon Dioxide Power Cycle Configurations for Use in Concentrating Solar Power Systems, Supercritical CO2 Power Cycle Symposium, NREL\/CP-5500-50787 (2011).<\/li>\n
  3. C.K. Ho and B.D. Iverson, Renew. Sust. Energ. Rev. 29, 835-846 (2014).<\/li>\n
  4. S.M. Besarati, D.Y. Goswami and E.K. Stefanakos, J. Sol. Energ-T. ASME 137, 031018 1- 031018 8 (2015).<\/li>\n
  5. K. Vignarooban, X. Xu, A. Arvay, K. Hsu and A.M. Kannan, Appl. Energ. 146, 383-396 (2015).<\/li>\n
  6. M.I. Rold\u00e1n and J. Fern\u00e1ndez-Reche, CFD analysis of supercritical CO2 used as HTF in a solar tower receiver, SolarPACES Conference (2015).<\/li>\n
  7. \n

    J. Mu\u00f1oz-Anton, M. Biencinto, E. Zarza, L.E. D\u00edez, Appl. Energ. 135, 373\u2013381 (2014).<\/p>\n<\/li>\n<\/ol>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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