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

Abstract

Esta tesis está basada en las centrales termosolares de colectores cilindroparabólicos ya que esta tecnología es la que está mayoritariamente implantada en todo el mundo frente a otras como la Fresnel o la de Torre. Concretamente, el trabajo se dirige hacia una central termosolar que utiliza aceite como fluido caloportador y almacenamiento de energía térmica en sales fundidas, aunque los resultados podrían ser fácilmente extrapolables a centrales con otro tipo de fluido térmico como agua, vapor de agua, etc., sin más que tener en cuenta sus propiedades. El principio de funcionamiento de estas centrales es el mismo que el de las térmicas convencionales aunque el método utilizado para obtener la energía térmica es diferente. En las termosolares CCP, un fluido térmico circula por sendos tubos absorbedores colocados en unos colectores. El conjunto de todos los colectores se denomina campo solar (CS). La radiación solar que incide sobre dichos colectores, se refleja sobre el tubo absorbedor haciendo que el fluido térmico se caliente, convirtiéndose así la radiación solar en energía térmica. Ésta se transfiere, mediante intercambiadores de calor, a un ciclo agua-vapor para ser convertida en energía eléctrica por un turbogenerador. Es importante obtener a la salida del campo solar un aceite a una temperatura lo más alta posible para optimizar el rendimiento del ciclo Rankine y al mismo tiempo evitar que dicha temperatura alcance el máximo punto de funcionamiento del mismo para evitar su degradación. La problemática que se intenta resolver con este trabajo de investigación es la dificultad de conseguir una buena regulación en el proceso de calentamiento del fluido que atraviesa el campo solar. Esta dificultad estriba en el hecho de que la fuente de energía, que en este caso sería el Sol, no es constante sino que es algo incontrolable que puede cambiar a lo largo de un mismo día y en cuestión de minutos, simplemente si algunas nubes tapan algunos de los espejos del campo solar. Un exceso de radiación podría degradar el aceite y una radiación demasiado baja podría hacer que éste se no funcionase en su punto óptimo de funcionamiento, bajando el rendimiento de la planta. En la tesis se realiza el modelado de todos los tubos absorbedores colocados en los colectores del campo solar, teniendo en cuenta todas las transferencias energéticas que tienen lugar en el proceso de calentamiento. Posteriormente se utiliza el modelo obtenido para analizar el comportamiento de diferentes estrategias de control como el PID con FeedForward y otras basadas en modelos predictivos consiguiéndose resultados muy prometedores que mejoran bastante los obtenidos con el control PID que se utiliza en este proceso. Para el modelado del campo solar así como para el estudio de todas estas estrategias de control se ha desarrollado una plataforma de simulación basada en los programas Simulink y Matlab. Esta plataforma podría ser utilizada para analizar el control de centrales de mayor o menor tamaño a la propuesta, la regulación de otros subsistemas de esa misma planta y para probar otras estrategias de control.