{"id":135207,"date":"2022-06-21T10:12:07","date_gmt":"2022-06-21T09:12:07","guid":{"rendered":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/?p=135207"},"modified":"2022-06-21T10:12:07","modified_gmt":"2022-06-21T09:12:07","slug":"diseno-de-receptores-de-torre-central-para-el-proyecto-integracion-avanzada-de-ciclos-combinados-en-centrales-termosolares-avanccsol","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/2022\/06\/21\/135207","title":{"rendered":"Dise\u00f1o de Receptores de Torre Central para el Proyecto Integraci\u00f3n Avanzada de Ciclos Combinados en Centrales Termosolares (AvanCCSol)"},"content":{"rendered":"<p style=\"text-align: justify\"><strong>Autores: Rub\u00e9n Barbero y Guillermo Ortega (UNED)<\/strong><\/p>\n<p style=\"text-align: justify\"><strong>Resumen:<\/strong> Espa\u00f1a es el pa\u00eds con la mayor potencia de concentraci\u00f3n solar (CSP) instalada y, aunque en los \u00faltimos a\u00f1os se detuvo su crecimiento, debido a la moratoria de las Energ\u00edas Renovables de 2012, se espera que la nueva hoja de ruta planteada por la UE para convertir al territorio en neutro en carbono [1] provoque un relanzamiento de la instalaci\u00f3n de plantas CSP. De hecho, el Plan Nacional Integrado de Energ\u00eda y Clima 2021-2030 [2] plantea como escenario objetivo la introducci\u00f3n de 5 GW hasta 2030. En paralelo se plantea un aumento importante del n\u00famero de plantas fotovoltaicas y de generaci\u00f3n e\u00f3lica, lo que implicar\u00e1 la necesidad de introducir plantas de energ\u00eda renovable capaces de adaptarse a la demanda no cubierta por estas \u00faltimas y con costes nivelados de la electricidad (LCOE) reducidos. En este sentido el proyecto Integraci\u00f3n Avanzada de Ciclos Combinados en Centrales Termosolares (AvanCCSol) plantea el estudio y desarrollo de cuatro tecnolog\u00edas solares con sus correspondientes cuatro ciclos termodin\u00e1micos avanzados.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\"><strong>Abstract:<\/strong> Spain is currently the country with the largest installed concentrated solar power (CSP) and, although its growth has stopped in recent years due to the moratorium on Renewable Energies in 2012, it is expected that the new roadmap proposed by the EU to convert the territory into carbon neutral [1] makes that the installation of CSP plants is launched again. In fact, the National Integrated Energy and Climate Plan 2021-2030 [2] proposes the introduction of 5 GW by 2030 as a target scenario. In parallel, a significant increase of photovoltaic and wind generation plants is proposed, which will imply the need to introduce renewable energy plants with increased dispatchablity and reduced Levelized Costs of Electricity (LCOE). Aligned with this framework, the Advanced Integration of Combined Cycles in Solar Thermal Power Plants (AvanCCSol) project plans the design and study of four solar technologies with their corresponding four advanced thermodynamic cycles.<\/p>\n<p style=\"text-align: justify\"><span style=\"color: #000000\">El proyecto AvanCCSol busca el avance global tanto en plantas CSP como en plantas h\u00edbridas, introduciendo sinergias que conduzcan a mayores eficiencias y un menor LCOE. Adem\u00e1s, se incluyen nuevos procedimientos para la gesti\u00f3n de la energ\u00eda con el fin de mejorar su factor de capacidad y su rentabilidad. Se ha planteado el desarrollo de 4 tecnolog\u00edas solares con sus 4 ciclos termodin\u00e1micos avanzados, constituyendo plantas h\u00edbridas con un gran aporte solar y una gesti\u00f3n eficaz de las fuentes.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify\"><span style=\"color: #000000\">El proyecto AvanCCSol dedica una parte importante de los recursos al desarrollo de los colectores solares que formar\u00edan parte de dichas plantas. En concreto, uno de ellos consiste en un receptor de torre central (CTR) trabajando hasta las temperaturas de los dise\u00f1os comerciales (565 \u00baC) y otro operando a temperaturas superiores (700 \u00baC), en l\u00ednea con el programa Solar Power Gen3 Demonstration Roadmap [3], en el que se han identificado los receptores de torre central como la tecnolog\u00eda que lograr\u00e1 una reducci\u00f3n importante de los costes de generaci\u00f3n debido al aumento de la temperatura de trabajo. Existen tres l\u00edneas de trabajo dentro de dicho programa, en funci\u00f3n del estado del fluido transferencia: gas, l\u00edquido o s\u00f3lido; asignando probabilidades de \u00e9xito similares para todas ellas, aunque con una ligera ventaja para el caso de receptores de part\u00edculas. En este proyecto se trabaja sobre dos de ellas:<\/span><\/p>\n<ul>\n<li><span style=\"color: #000000\">Receptores con fluido de transferencia l\u00edquido: sales fundidas para temperaturas comerciales o incluso superiores (hasta 700 \u00baC), o metales l\u00edquidos, hasta temperaturas pr\u00f3ximas a los 1000\u00baC.<\/span><\/li>\n<li><span style=\"color: #000000\">Receptores con part\u00edculas para temperaturas de trabajo en el entorno de los 1000 \u00baC.<\/span><\/li>\n<\/ul>\n<p style=\"text-align: justify\"><span style=\"color: #000000\">Por supuesto, el dise\u00f1o de estos nuevos colectores requerir\u00e1 el desarrollo de componentes espec\u00edficos donde actualmente no existen soluciones industriales. En este \u00e1mbito, el proyecto tratar\u00e1 de contribuir a superar algunas de las barreras existentes hoy en d\u00eda.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify\"><span style=\"color: #000000\">Esta entrada, en particular, se centra en el dise\u00f1o de receptores centrales abiertos para trabajar a temperaturas comerciales (565 \u00baC) y hasta 700 \u00baC, para lo que se plantea el uso de sales y\/o metales fundidos. Para ello se ha desarrollado una metodolog\u00eda de optimizaci\u00f3n del dise\u00f1o de receptor basada en el uso combinado de dos herramientas desarrolladas dentro del grupo:<\/span><\/p>\n<ul>\n<li><span style=\"color: #000000\">Una orientada al dise\u00f1o \u00f3ptico del campo de heliostatos, que permite el c\u00e1lculo la potencia concentrada en el receptor por unidad de \u00e1rea y la optimizaci\u00f3n de dicho campo, as\u00ed como su apuntamiento [4-5].<\/span><\/li>\n<li><span style=\"color: #000000\">Otra orientada al c\u00e1lculo del rendimiento t\u00e9rmico en receptores solares basada en el modelo desarrollado en [6].<\/span><\/li>\n<\/ul>\n<p style=\"text-align: justify\"><span style=\"color: #000000\">En una primera etapa se ha establecido una estrategia de apuntamiento que permitir\u00e1 el an\u00e1lisis param\u00e9trico de los distintos dise\u00f1os con un apuntamiento \u00f3ptico, de manera \u00f3ptima, para cada instante de operaci\u00f3n. A partir de ah\u00ed se analizar\u00e1n par\u00e1metros como la altura y di\u00e1metro del receptor, el di\u00e1metro de los tubos o el circuito de circulaci\u00f3n del fluido, entre otros.<\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify\"><span style=\"color: #000000\">Para ello se ha probado con aproximaciones a distribuciones normales con distintas desviaciones (\u03c3), tal y como se puede observar en la Figura 1.<\/span><\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2022\/06\/Figura-1-1.jpg\"><img decoding=\"async\" class=\"aligncenter wp-image-135208\" src=\"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2022\/06\/Figura-1-1.jpg\" alt=\"\" width=\"526\" height=\"293\" srcset=\"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2022\/06\/Figura-1-1.jpg 867w, https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2022\/06\/Figura-1-1-300x167.jpg 300w, https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2022\/06\/Figura-1-1-768x428.jpg 768w\" sizes=\"(max-width: 526px) 100vw, 526px\" \/><\/a><\/p>\n<p style=\"text-align: center\"><em><span style=\"font-family: 'Times New Roman',serif\">Figura 1. Distribuciones de potencia en receptor para distintas estrategias de apuntamiento<\/span><\/em><\/p>\n<p style=\"text-align: justify\"><span style=\"color: #000000\">Estos dise\u00f1os tendr\u00e1n una serie de restricciones en su operaci\u00f3n que han sido implementadas en el modelo de c\u00e1lculo de rendimiento t\u00e9rmico:<\/span><\/p>\n<ul>\n<li><span style=\"color: #000000\">Tensiones t\u00e9rmicas debido al gradiente de temperaturas circunferencial y radial.<\/span><\/li>\n<li><span style=\"color: #000000\">Corrosi\u00f3n en la superficie interior de los tubos. Ambos basados en el m\u00e9todo expuesto en [7].<\/span><\/li>\n<li><span style=\"color: #000000\">P\u00e9rdida de carga y estabilidad del flujo en el interior de los tubos.<\/span><\/li>\n<\/ul>\n<p style=\"text-align: justify\"><span style=\"color: #000000\">En la Figura 2 se muestran parte de resultados obtenidos. Se puede observar que el rendimiento t\u00e9rmico aumenta seg\u00fan se uniformiza la distribuci\u00f3n. Este efecto se incrementa para bajas irradiaciones solares (DNI). Por otro lado, para distribuciones m\u00e1s uniformes, pueden aumentar los errores de apuntamiento, con lo que habr\u00e1 una distribuci\u00f3n de la concentraci\u00f3n \u00f3ptima.<\/span><\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2022\/06\/Figura-2.png\"><img decoding=\"async\" class=\"aligncenter wp-image-135209\" src=\"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2022\/06\/Figura-2.png\" alt=\"\" width=\"499\" height=\"295\" srcset=\"https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2022\/06\/Figura-2.png 1215w, https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2022\/06\/Figura-2-300x178.png 300w, https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2022\/06\/Figura-2-1024x606.png 1024w, https:\/\/www.madrimasd.org\/blogs\/energiasalternativas\/files\/2022\/06\/Figura-2-768x454.png 768w\" sizes=\"(max-width: 499px) 100vw, 499px\" \/><\/a><\/p>\n<p style=\"text-align: center\"><em><span style=\"font-family: 'Times New Roman',serif\">Figura 2. Rendimiento t\u00e9rmico del receptor en funci\u00f3n de la DNI y para distintas estrategias de apuntamiento<\/span><\/em><\/p>\n<p style=\"text-align: justify\"><span style=\"color: #000000\">Estos resultados y otros, obtenidos en esta primera fase, ser\u00e1n presentados en el pr\u00f3ximo XII Congreso Nacional y III Internacional de Ingenier\u00eda Termodin\u00e1mica. Esta metodolog\u00eda permitir\u00e1 el replanteamiento de los dise\u00f1os comerciales actuales y el dise\u00f1o \u00f3ptimo a temperaturas superiores.&nbsp; &nbsp;<\/span><\/p>\n<p><span style=\"color: #000000\"><strong>Agradecimientos<\/strong><\/span><\/p>\n<p style=\"text-align: justify\"><span style=\"color: #000000\">Este trabajo ha sido apoyado por el Ministerio de Econom\u00eda y Competitividad de Espa\u00f1a a trav\u00e9s del proyecto PID2019-110283RB-C31; y ha sido realizado dentro del Proyecto ACES2030-CM, financiado por el programa&nbsp; regional de investigaci\u00f3n y desarrollo en tecnolog\u00eda 2018 de la Comunidad de Madrid (ref. P2018\/EMT-4319)<\/span><\/p>\n<p><strong>Referencias<\/strong><\/p>\n<p>[1] Comunicaci\u00f3n de la Comisi\u00f3n, COM\/2018\/773 final, \u201cUn planeta limpio para todos. La visi\u00f3n estrat\u00e9gica europea a largo plazo de una econom\u00eda pr\u00f3spera, moderna, competitiva y clim\u00e1ticamente neutra\u201d<\/p>\n<p>[2]&nbsp;Plan Nacional Integrado de Energ\u00eda y Clima (PNIEC) 2021-2030, MITECO (2020).<\/p>\n<p>[3]&nbsp;M. Mehos, C. Turchi, J. Vidal et al., 2017. Concentrating Solar Power Gen3 Demonstration Roadmap (No. NREL\/TP&#8211;5500-67464, 1338899).<\/p>\n<p>[4]&nbsp;G. Ortega, A. Rovira, A new method for the selection of candidates for shading and blocking in central receiver systems, Renew. Energy 152 (2020) 961-973.<\/p>\n<p>[5]&nbsp;G. Ortega, A. Rovira, Proposal and analysis of different methodologies for the shading and blocking efficiency in central receivers systems, Sol. Energy 144 (2017) 475-488.<\/p>\n<p>[6]&nbsp; R Barbero, A. Rovira, M. J. Montes, J. M. Mart\u00ednez Val, (2016). A new approach for the prediction of thermal efficiency in solar receivers. Energy Conversion and Management<\/p>\n<p>[7]&nbsp; Alberto S\u00e1nchez-Gonz\u00e1lez, Mar\u00eda Reyes Rodr\u00edguez-S\u00e1nchez, Domingo Santana (2019). Allowable solar flux densities for molten-salt receivers: Input to the aiming strategy. Results in Engineering.<\/p>\n<p><strong>Contacto<\/strong><\/p>\n<p>Rub\u00e9n Barbero, Investigador del grupo UNED-STEM en ACES2030-CM \u2013 <a href=\"mailto:rbarbero@ind.uned.es\">rbarbero@ind.uned.es<\/a><\/p>\n<p>Guillermo Ortega, Investigador del grupo UNED-STEM en ACES2030-CM \u2013 <a href=\"mailto:guillermo@didp.uhu.es\">guillermo@didp.uhu.es<\/a><\/p>\n<p>Antonio Rovira, Catedr\u00e1tico UNED. Coordinador AvanCCSol&nbsp; \u2013 <a href=\"mailto:rovira@ind.uned.es\">rovira@ind.uned.es<\/a><\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Autores: Rub\u00e9n Barbero y Guillermo Ortega (UNED) Resumen: Espa\u00f1a es el pa\u00eds con la mayor potencia de concentraci\u00f3n solar (CSP) instalada y, aunque en los \u00faltimos a\u00f1os se detuvo su crecimiento, debido a la moratoria de las Energ\u00edas Renovables de 2012, se espera que la nueva hoja de ruta planteada por la UE para convertir al territorio en neutro en carbono [1] provoque un relanzamiento de la instalaci\u00f3n de plantas CSP. De hecho, el Plan Nacional Integrado de Energ\u00eda y Clima 2021-2030 [2] plantea como escenario objetivo la introducci\u00f3n de 5 GW hasta 2030. 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