Optimización del control del sistema de almacenamiento térmico en centrales solares termoeléctricas

Abstract

Las centrales termosolares de colectores cilindroparabolicos objeto de esta tesis utilizan aceite termico como fluido caloportador y sales fundidas como sistema de almacenamiento termico (SAT). El aceite absorbe la energia luminica procedente del sol, y la transfiere mediante intercambiadores de calor a un ciclo agua-vapor para ser convertida en energia electrica por un turbogenerador, o al sistema de almacenamiento termico para ser almacenada y posteriormente transferida al ciclo agua-vapor, nuevamente mediante intercambios de calor con el aceite. Por tanto, este tipo de central termosolar es compleja en si misma, pues combina ingenierias tradicionales como la de una central termica (ciclo agua-vapor) o una petroquimica (red de tuberias de aceite), con las nuevas tecnologias solares (colectores cilindricoparabolicos) y de almacenamiento termico (sales fundidas). Ademas, el recurso solar es una fuente no controlable de energia que obliga a funcionar a la central en un punto de trabajo diferente en cada momento del dia, lo que obliga a un regimen transitorio continuo. Siendo ademas la ingenieria de estas plantas relativamente novedosa, la regulacíon se realiza actualmente de forma manual o semiautomatica, controlandose sus variables con reguladores PID. Esto produce que el rendimiento de estas plantas no este optimizado. Se realiza en esta tesis una optimizacion del control de la transferencia de energia al sistema de almacenamiento termico, planteandose varias alternativas de control ("feed-forward, adaptativo-predictivo, etc.), dando los mejores resultados la que combina todas ellas, tanto en la prueba teorica del error cuadratico en las simulaciones realizadas, como en la energia neta producida desde el sistema de almacenamiento de energia en la prueba practica. El analisis economico posterior indica que estas mejoras suponen importantes beneficios netos, pero no tan grande en comparación con el total de la planta, lo que cuestiona el aumento de complejidad del sistema de control en el caso de la alternativa optima al tener embebido un software externo. Esto hace del control con "feed-forward" una segunda alternativa a tener en cuenta en una evaluacion de riesgos posterior. La tesis tambien aporta una plataforma de simulacion para futuras alternativas de control. Finalmente, propone un paradigma de control a tres niveles: variable, modo y estrategia, como arquitectura de control a la que se debe tender en el futuro.