Capitulo 5

Capítulo 5: Simulación de la Planta y resultados.
En este capítulo se muestran las gráficas y tablas de resultados de las distintas
simulaciones del modelo que se ha descrito anteriormente.
Los resultados están expuestos de dos formas bien a carga parcial, es decir
dependiendo de la radiación disponible a distintos caudales. También se recoge la
producción mensual de energía a lo largo del año.
5.1 Parámetros de diseño y dimensiones de la Planta.
En la tabla 7 están recogidos las dimensiones en términos de potencia de la planta
En el punto de diseño a carga nominal.
Día Juliano
Emplazamiento
Rendimiento óptico
Campo helióstatos
Potencia evaporador
Tecnología evaporador
Potencia sobrecalentador
Tecnología sobrecalentador
Potencia térmica total
Potencia eléctrica bruta
Pérdidas parasitas
Potencia soplantes
Potencia bomba de condensado
Potencia bomba condensador
Potencia neta
Producción anual
Producción neta anual
21 Junio 12:00
Sevilla (37.3770, -7.1780)
0.6681
110.400 m2
29.053 MW
Vapor saturado (100 bar, 311 ºC)
28.961 MW
Vapor sobrecalentado (100 bar,
550ºC)
58.014 MW
20.90 MW
0.70674 MW
375.9 kW
219.7 kW
260.9 kW
20,07 MW
24.99 GWh
23.89 GWh
Tabla 7. Dimensiones Planta.
En la tabla 8 se pueden ver los parámetros de diseño de la planta de forma más
detallada, ya que se muestran los caudales, las magnitudes termodinámicas de
diseño (presión y temperatura), así como los rendimientos de los distintos
dispositivos de la planta.
51
Parámetros nominales del ciclo de potencia
Campo de helióstatos
Área total
110400 m2
Número de helióstatos evaporador
585
Número de helióstatos sobrecalentador
670
Receptor volumétrico
Temperatura aire de salida
700 ºC
Temperatura aire de retorno
200 ºC
Relación de recirculación del aire (RRA)
70%
Turbina
Temperatura del vapor vivo
550 ºC
Presión del vapor vivo
100 bar
Caudal
21.1167 kg/s
Rendimiento interno de la turbina
93%
Rendimiento electro-mecánico del alternador
98%
Primera extracción
Presión
17.2402
Temperatura
339.3766
Caudal
2.7398 kg/s
Segunda extracción
Presión
2.3222
Temperatura
139.7632
Caudal
2.4354 kg/s
Condensador
Presión de condensación
0.098 bar
Intercambiadores de aire
Diferencia terminal de temperatura (Precalentador)
35 ºC
Diferencia terminal de temperatura
70 ºC
(Sobrecalentador)
Intercambiadores de superficie (Precalentadores)
Diferencia terminal de temperatura (DDT)
5 ºC
Bomba de condensado
Rendimiento electro-mecánico
98%
Rendimiento isentrópico
75%
Tabla 8. Parámetros de diseño de la planta.
52
5.2.- Funcionamiento de la Planta a carga variable.
Como es conocido no siempre se dispone de altos niveles de radiación por lo que la
turbina, y la planta en conjunto funcionarán a distintos niveles de carga,
dependiendo del nivel de radiación disponible.
En estos planos se representan los estados termodinámicos en los distintos puntos
del ciclo. Para ello se ha representado un plano de la planta para distintos niveles
de carga (caudal) sobre el nominal (100%). Se ha representado los niveles más
significativos (100%, 75%, 50%, 25%, 10%) siendo este último irrelevante ya que
la planta apenas produce debido a que los consumos parásitos igualan a la
producción de energía eléctrica en bornas del alternador. Por lo que la planta no
debe funcionar al 10% es decir debe estar parada.
53
103 3501.9
550 20.1571
7
0.998 1174.4
700 47.737
1 671.05
235 47.737
Receptor
volumétrico
0.987 825.88
383.53 47.737
102 2721.8
312.45 20.4728
105 1558.0
311 134.38
6
16.437 3101.9
330.34 2.7212
105 1260.7
285 20.4728
5
Receptor
tubular
2.2453 2745.7 8 9
105.5 856.15
200 20.4728
139.76 2.4188
106 511.13
120 20.4728
1 140.04
33.40 901.64
1 106.60
25.40 901.64
107 176.99
40 20.4728
3
4
10
0.068 2570.9
38.5 15.0170
1
2
105 1429.3
311 134.38
11
0.973 671.05
235 47.737
BAR KJ/KG
ºC KG/S
16.437 864.48
202.68 2.7212
11'
12
2.2453 520.41
123.91 5.14
GTER 20MWe
12'
0.068 161.11
38.5 20.157
GTER Sevilla 20MWe (37.37,-5.15) 25 Septiembre 2010
Parámetros nominales: 100 BAR, 550 ºC, 3000 R.P.M.
Carga nominal 100% 20.4728kg/s 20.0173MWe
Hoja: 1
54
73.85 3525.8
550 15.35
7
0.998 1174.4
700 34.32
1 671.05
235 34.32
Receptor
volumétrico
0.987 825.88
383.53 34.32
102 2721.8
312.45 15.35
105 1558.0
311 106.48
6
12.89 3109.9
330.34 2.07
105 1260.7
285 15.35
5
Receptor
tubular
1.7611 2749.9 8 9
105.5 856.15
200 15.35
139.76 1.84
106 511.13
120 15.35
1 117.05
27.90 446.74
1 85.59
19.90 446.74
107 176.99
40 15.35
3
4
10
0.054 2571.4
38.5 11.4381
1
2
105 1429.3
311 106.48
11
12.89 813.06
191.23 2.07
11'
12
1.7611 487.80
116.23 3.91
12'
0.054 143.52
38.5 15.35
.0.973 671.05
235 34.32
BAR KJ/KG
ºC KG/S
GTER 20MWe
GTER Sevilla 20MWe (37.37,-5.15) 25 Septiembre 2010
Parámetros nominales: 100 BAR, 550 ºC, 3000 R.P.M.
Carga nominal 75% 15.35kg/s
14.95MWe
Hoja: 2
55
49.71 3525.8
550 10.17
7
0.998 1174.4
700 25.97
1 671.05
235 25.97
Receptor
volumétrico
0.987 825.88
383.53 25.97
102 2721.8
312.45 10.17
105 1558.0
311 61.16
6
8.887 3109.9
330.34 1.37
105 1260.7
285 10.17
5
Receptor
tubular
1.214 2749.9 8 9
105.5 856.15
200 10.17
139.76 1.22
106 511.13
120 10.17
1 152.95
37.20 432.74
1
122.5
29.20 432.74
107 158.03
35.43 10.17
3
4
10
0.047 2559.1
32..1 7.58
1
2
105 1429.3
311 61.16
11
.0.973 671.05
235 25.97
BAR KJ/KG
ºC KG/S
8.887 740.37
174.82 1.37
11'
12
1.7611 487.80
116.23 2.59
GTER 20MWe
12'
0.047 133.18
31.85 10.07
GTER Sevilla 20MWe (37.37,-5.15) 25 Septiembre 2010
Parámetros nominales: 100 BAR, 550 ºC, 3000 R.P.M.
Carga nominal 50%
10.17kg/s 9.862 MWe
Hoja: 3
56
49.71 3551.0
550 5.06
7
0.998 1174.4
700 23.73
1 671.05
235 23.73
Receptor
volumétrico
0.987 825.88
383.53 23.73
102 2721.8
312.45 5.06
105 1558.0
311 39.98
6
4.553 3128.3
330.34 0.684
105 1260.7
285 5.06
5
Receptor
tubular
0.6220 2759.9 8 9
105.5 856.15
200 5.06
139.76 0.608
106 511.13
120 5.01
1 88.19
21 270.89
1
54.70
13 270..89
107 167.55
37.72 5.06
3
4
10
0.047 2559.1
32..1 3.776
1
2
105 1429.3
311 39.98
11
0.973 671.05
235 23.73
BAR KJ/KG
ºC KG/S
4.553 625.09
174.82 0.684
11'
12
0.6220 363.73
116.23 1.292
GTER 20MWe
12'
0.047 133.18
34.23 5.06
GTER Sevilla 20MWe (37.37,-5.15) 25 Septiembre 2010
Parámetros nominales: 100 BAR, 550 ºC, 3000 R.P.M.
Carga nominal 25%
5.06kg/s 3.59 MWe
Hoja: 4
57
35.31 3551.0
550 2.016
7
0.995 1174.4
700 15.05
1 671.05
235 15.05
220.6 kW
Receptor
volumétrico
0.988 825.88
383.53 15.05
102 2721.8
312.45 2.016
105 1558.0
311 8.2
6
1.878 3128.3
330.34 0.2722
105 1260.7
285 2.016
5
Receptor
tubular
0.2565 2759.9 8 9
105.5 856.15
200 2.016
139.76 0.2419
106 511.13
120 2.016
1 100.32
23.9 92.02
1
66.84
15.9 92.02
107 167.55
37.72 2.016
3
4
10
0.047 2559.1
32..1 1.520
1
2
105 1429.3
311 8.2
11
.0.981 671.05
235 15.05
BAR KJ/KG
ºC KG/S
4.553 625.09
174.82 0.2722
11'
12
0.6220 363.73
116.23 0.5141
GTER 20MWe
12'
0.047 133.18
34.23 2.016
GTER Sevilla 20MWe (37.37,-5.15) 25 Septiembre 2010
Parámetros nominales: 100 BAR, 550 ºC, 3000 R.P.M.
Carga nominal 10%
2.047kg/s
Hoja: 5
58
5.3.- Producción anual.
Tras realizar las simulaciones a cargas parciales, se realiza una simulación anual
por mes, recogiendo la potencia producida a lo largo del año, los consumos
parásitos y la potencia neta obtenida de la planta.
Para ello se ha simulado la planta con tres configuraciones distintas en cuanto al
campo de helióstatos.
Configuración 1
Configuración 2
Configuración 3
Nº de helióstatos en el campo
evaporador
700
605
585
Nº de helióstatos en el campo
sobrecalentador
555
655
670
Tabla 9. Configuraciones de los campos de helióstatos.
Como se puede observar las siguientes tablas la configuración 3 resulta ser la de
mayor producción anual.
Configuración 1
Potencia en bornas
Consumos
GW·h
MW·h
Enero
2.102
82.51
Febrero
1.682
68.32
Marzo
2.148
86.03
Abril
1.568
68.36
Mayo
2.097
83.17
Junio
3.350
132.07
Julio
3.544
139.66
Agosto
3.967
150.45
Septiembre
3.087
122.22
Octubre
1.960
98.00
Noviembre
2.597
121.51
Diciembre
1.837
88.424
Anual
29.94
1240.72
Potencia neta
GW·h
2.002
1.599
2.042
1.486
1.990
3.193
3.379
3.784
2.943
1.862
2.475
1.748
28.51
Tabla 10.
59
Se puede observar que se el campo se optimiza cuando se dota al campo
sobrecalentador de un mayor número de helióstatos. Entre la configuración y las
dos restantes hay una gran diferencia en la potencia producida. Sin embargo
normalmente es al contrario, se suelen necesitar más helióstatos en el evaporador,
en este caso esto puede deberse a que el rendimiento del receptor volumétrico es
menor.
La diferencia de potencias anuales entre la configuración 2 y 3 es menor. En todo
caso la onfiguración óptima podría calcularse con ayuda de la herramiemta
WINDELSOL. La producción anual es razonable teniendo en cuenta que no se
cuenta con ningún aporte energético además de la energía solar.
Configuración 2
Potencia en Bornas Consumo parásito
GW·h
MW·h
Enero
2.623
123.98
Febrero
2.092
101.67
Marzo
2.693
131.37
Abril
1.969
102.14
Mayo
2.609
131.46
Junio
4.138
193.15
Julio
4.381
203.75
Agosto
4.894
224.72
Septiembre
3.807
177.31
Octubre
2.459
121.73
Noviembre
3.220
149.75
Diciembre
2.275
109.03
Anual
37.16
1770.07
Potencia neta
GW·h
2.498
1.991
2.562
1.867
2.478
3.945
4.177
4.669
3.630
2.338
3.070
2.166
35.39
Tabla 11.
60
Configuración 3
Potencia en Bornas Consumo parásito Potencia neta
GW·h
MW·h
GW·h
Enero
2.727
128.855
2.598
Febrero
2.171
105.5331
2.0660
Marzo
2.804
136.5385
2.667
Abril
2.063
106.5512
1.956
Mayo
2.724
136.8811
2.587
Junio
4.230
200.5771
4.099
Julio
4.5662
211.9358
4.354
Agosto
5.084
233.3032
4.851
Septiembre
3.957
184.1721
3.773
Octubre
2.563
126.6217
2.437
Noviembre
3.333
155.1407
3.177
Diciembre
2.361
113.1333
2.248
Anual
38.66
1839.24
36.82
Tabla 12.
En las gráficas de simulación siguientes se puede ver el funcionamiento de ambos
receptores. Están representados el receptor volumétrico y el receptor de tubos en
días aleatorios uno de ellos con representa un día claro con pocos transitorios y el
otro presenta grandes variaciones de la radiación.
En las gráficas siguientes están representados los caudales de aire en el receptor
volumétrico y los caudales de vapor en el receptor de tubos, así como las potencias
térmicas absorbidas en ambos receptores.
61
Mes de Junio
P. eléctrica/ P. neta/ Consumos [MW]
25
20
15
10
5
0
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
Tiempo
Figura 20. Potencia bruta, neta y consumos. Mes de Junio.
62
Pot. térmica [MW]/ Irradiancia Directa [W/m 2]
caudal de aire [kg/s]/ Temperatura ambiente [ºC]
Dia 5 Junio
900
850
800
750
700
650
600
550
500
caudal de aire
Temperatura ambiente
Potencia térmica
Irradiancia directa
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
1500
1520
1540
1560
1580
1600
1620
1640
1660
1680
tiempo
Figura 21. Simulación receptor volumétrico 5 de Junio.
63
Irradiancia Directa [W/m 2]
caudal de receptor de tubos/ Pot. térmica [MW]
T. ambiente [ºC]/ caudal sobrecalentador [kg/s]
Dia 25 Junio
900
850
800
750
700
650
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
1500
caudal receptor de tubos
Potencia térmica
temperatura ambiente
caudal sobrecalentador
Irradiancia directa
1520
1540
1560
1580
1600
1620
1640
1660
1680
tiempo
Figura 22. Simulación receptor tubular 25 de Junio.
64
Potencia producida [MW]/ Pot. receptor de tubos [MW]
Pot. receptor volumétrico [MW] /Irradiancia Directa [W/m 2]
Dia 25 Junio
900
Potencia electrica
Pot. receptor de tubos
Pot. receptor volumétrico
Irradiancia directa
800
700
600
500
400
300
200
100
0
1500
1520
1540
1560
1580
1600
1620
1640
1660
1680
tiempo
Figura 23. Potencias térmicas en ambos receptores.
65
Pot. térmica [MW]/ Irradiancia Directa [W/m 2]
caudal de aire [kg/s]/ Temperatura ambiente [ºC]
Dia 25 Junio
1000
950
900
850
800
750
700
650
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
7280
caudal de aire
Temperatura ambiente
Potencia térmica
Irradiancia directa
7300
7320
7340
7360
tiempo
7380
7400
7420
7440
Figura 24. Simulación del receptor volumétrico. 25 de Junio.
66
Irradiancia Directa [W/m 2]
caudal de receptor de tubos/ Pot. térmica [MW]
T. ambiente [ºC]/ caudal sobrecalentador [kg/s]
Dia 25 Junio
1000
950
900
850
800
750
700
650
600
550
500
450
400
350
300
250
200
150
100
50
0
7280
7300
7320
7340
7360
tiempo
caudal receptor de tubos
Potencia térmica
temperatura ambiente
caudal sobrecalentador
Irradiancia directa
7380
7400
7420
7440
Figura 25. Simulación receptor tubular 25 de Junio.
67