{"id":134228,"date":"2020-02-25T10:46:22","date_gmt":"2020-02-25T09:46:22","guid":{"rendered":"http:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=134228"},"modified":"2020-02-25T10:46:22","modified_gmt":"2020-02-25T09:46:22","slug":"plantas-termosolares-supercriticas-para-un-futuro-energetico-sostenible","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2020\/02\/25\/134228","title":{"rendered":"Plantas termosolares supercr\u00edticas para un futuro energ\u00e9tico sostenible"},"content":{"rendered":"

Autores:\u00a0Mar\u00eda Jos\u00e9 Montes (UNED, Dpto de Ingenier\u00eda Energ\u00e9tica) y\u00a0Jos\u00e9 Ignacio Linares (Universidad Pontificia Comillas \u2013 ICAI)<\/strong><\/p>\n

Resumen<\/strong><\/span><\/p>\n

La competitividad de la energ\u00eda solar t\u00e9rmica de concentraci\u00f3n, frente a otras fuentes de energ\u00eda, se puede alcanzar por dos v\u00edas: a base de reducir costes en la aportaci\u00f3n de calor a procesos industriales, o bien, aumentando el rendimiento y la fiabilidad de las plantas termosolares orientadas a la producci\u00f3n de electricidad. Este art\u00edculo se refiere a estas plantas termosolares de mayor rendimiento; en concreto, la configuraci\u00f3n que se va a estudiar es la de receptor central de sales fundidas con almacenamiento t\u00e9rmico asociado, acoplado a un ciclo supercr\u00edtico de CO2<\/sub> para la producci\u00f3n de electricidad. Aunque, como se explicar\u00e1 a continuaci\u00f3n, este tipo de ciclos presenta unos rendimientos muy altos, todav\u00eda quedan muchos interrogantes tecnol\u00f3gicos que son necesarios solventar para la viabilidad t\u00e9cnica de estas plantas. Este art\u00edculo se focaliza en el intercambio de calor entre las sales fundidas y el CO2<\/sub> supercr\u00edtico, proponiendo una soluci\u00f3n para que dicho intercambio sea t\u00e9cnicamente posible.<\/span><\/p>\n

Abstract<\/strong><\/span><\/p>\n

The competitiveness of concentrating solar thermal energy, compared to other renewable energies, can be achieved by two ways: a decrease of the investment cost in the supply of process heat to the industry; or increasing the performance and reliability of solar thermal power plants for electricity production. This article is focused on this last alternative; in particular, it is analyzed the configuration based on central receiver working with molten salts, and a thermal energy storage associated, coupled to a supercritical cycle of CO2<\/sub>, to produce electricity. Although this scheme has a very high thermal efficiency, there are several technologic challenges to overcome for the technical viability of these plants. This work deals in deep with the heat transfer from the molten salts in the solar field to the sCO2 in the cycle, proposing a solution to this heat exchanger.<\/span><\/p>\n

Art\u00edculo<\/strong><\/span><\/p>\n

Las plantas termosolares supercr\u00edticas buscan aumentar el rendimiento global en la producci\u00f3n de electricidad a partir de energ\u00eda solar concentrada, mediante el acoplamiento de un receptor central a un ciclo de potencia supercr\u00edtico. El esquema que actualmente parece m\u00e1s viable es el de receptor central de sales fundidas acoplado a ciclo Brayton de CO2<\/sub> supercr\u00edtico (sCO2<\/sub>), tal y como se muestra en la figura 1.<\/span><\/p>\n

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Figura 1. Esquema global de planta termosolar de receptor central de sales fundidas acoplada a ciclo de CO2<\/sub> supercr\u00edtico<\/span><\/p>\n

Sin embargo, existen todav\u00eda varios interrogantes tecnol\u00f3gicos que deben ser respondidos para el desarrollo de estas plantas. Entre otros, se ha identificado como un elemento clave el intercambiador de calor entre la sal fundida que proviene del campo solar, a alta temperatura (700\u00baC aproximadamente) y presi\u00f3n moderada, y el CO2<\/sub> supercr\u00edtico, a presiones por encima de los 200 bar. Las condiciones de trabajo de este intercambiador, por la elevada temperatura y, sobre todo, por la diferencia de presiones, hace indispensable un nuevo dise\u00f1o que sea fiable y eficiente; los intercambiadores de calor convencionales de carcasa y tubos presentan un funcionamiento limitado a partir de 200 bar; y la viscosidad de las sales fundidas pone en entredicho el uso de los intercambiadores de circuito impreso (conocidos en ingl\u00e9s como Printed Circuit Heat Exchanger, PCHE) , debido a sus canales peque\u00f1os, con di\u00e1metros aproximados de 2 mm.<\/span><\/p>\n

Desde el grupo UNED-STEM, en colaboraci\u00f3n con la Universidad Pontificia Comillas, se ha propuesto una soluci\u00f3n de compromiso mediante el desarrollo de un ciclo supercr\u00edtico que permite que el aporte de calor de la fuente principal se pueda realizar a la salida de la turbina (figura 2b), de tal forma que la presi\u00f3n del sCO2<\/sub> en ese punto es aproximadamente de 85 bar, sensiblemente inferior a los 200 bar en un ciclo supercr\u00edtico de recompresi\u00f3n convencional (figura 2a).<\/span><\/p>\n

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a) Ciclo supercr\u00edtico de recompresi\u00f3n convencional (RC)<\/p>\n

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b) Nuevo ciclo supercr\u00edtico con aporte de calor principal a la salida de la turbina (RC-LP)<\/span><\/p>\n

Figura 2. Ciclo de recompresi\u00f3n convencional (a) y nuevo (b)<\/span><\/p>\n

En el trabajo desarrollado hasta el momento, se proponen tres variantes de este nuevo ciclo: ciclo de recompresi\u00f3n con alimentaci\u00f3n en baja y refrigerado por agua (RC-LP-wet_cooling), como el mostrado en la figura 2b; ciclo de recompresi\u00f3n con alimentaci\u00f3n en baja, refrigerado por agua y con recalentamiento (RC-RH-LP-wet_cooling); y ciclo de recompresi\u00f3n con alimentaci\u00f3n en baja, refrigerado por aire, con recalentamiento y refrigeraci\u00f3n intermedia (RC-IC-RH-LP-dry_cooling). Se ha realizado un an\u00e1lisis detallado del funcionamiento de una planta termosolar completa basada en cada una de estas tres configuraciones; estim\u00e1ndose, asimismo, la inversi\u00f3n de cada una de ellas.<\/span><\/p>\n

De esta manera, se ha podido comprobar que, en todas las configuraciones propuestas, el rendimiento del ciclo de potencia excede el 50% (51.37%-54.64%-52.56%). Aunque la inclusi\u00f3n del recalentamiento mejora el rendimiento, disminuye el salto t\u00e9rmico de la sal, lo cual aumenta el volumen de almacenamiento. Respecto al an\u00e1lisis econ\u00f3mico, se puede concluir que la inversi\u00f3n es parecida en todas las configuraciones, aunque la inversi\u00f3n en el esquema RC-LP es menor que en RC-RH-LP, y menor a su vez que en RC-IC-RH-LP, motivado por la menor inversi\u00f3n en turbom\u00e1quinas y el menor volumen de sal fundida (salto t\u00e9rmico mayor). El coste de la electricidad cumple con los objetivos del Gen3 Roadmap.<\/span><\/p>\n

Los resultados obtenidos, en t\u00e9rminos econ\u00f3micos y de rendimiento son muy buenos, lo que sit\u00faa esta nueva configuraci\u00f3n como una soluci\u00f3n de compromiso para la viabilidad t\u00e9cnica de las futuras plantas termosolares con CO2<\/sub> supercr\u00edtico.<\/span><\/p>\n

Se puede encontrar m\u00e1s informaci\u00f3n en el art\u00edculo:<\/span><\/p>\n

A NOVEL SUPERCRITICAL CO2 RECOMPRESSION BRAYTON POWER CYCLE FOR POWER TOWER CONCENTRATING SOLAR PLANTS<\/strong><\/span><\/p>\n

(https:\/\/doi.org\/10.1016\/j.apenergy.2020.114644<\/a>)<\/p>\n

Autores: J.I. Linares (COMILLAS), M.J. Montes (UNED), A. Cantizano (COMILLAS), C. S\u00e1nchez (UNED)<\/span><\/p>\n

Disponible online en Applied Energy:<\/span>
\nhttps:\/\/www.sciencedirect.com\/science\/article\/pii\/S0306261920301562<\/a><\/p>\n

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Contacto<\/strong><\/p>\n

Mar\u00eda Jos\u00e9 Montes, Investigadora principal grupo UNED-STEM en ACES2030-CM \u2013 mjmontes@ind.uned.es<\/a><\/p>\n

Jos\u00e9 Ignacio Linares, Catedr\u00e1tico Universidad Pontificia Comillas \u2013 ICAI \u2013 linares@comillas.edu<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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