Desarrollado el primer simulador de Centrales Termosolares 

Ideado por RENOVETEC INGENIERÍA,  tiene como finalidad estudiar cómo afecta a la producción de electricidad la variación de determinados parámetros en una central solar termoeléctrica. Entre sus aplicaciones inmediatas, está el entrenamiento de operadores de centrales y la evaluación técnica de instalaciones solares termoeléctricas en funcionamiento, para comprobar si están funcionando dentro del óptimo técnico.

balance de masa y energia

 

El simulador, cuya versión preliminar se presentará en la feria de GENERA 2011, consta de un total de 20 pantallas de control, en las que se simulan todos los sistemas que componen una central termosolar:

  • Campo Solar
  • Sistema HTF
  • Tren de generación de vapor
  • Ciclo Agua-Vapor 
  • Turbina de vapor + generador
  • Sistemas eléctricos de alta tensión
  • Sistema de refrigeración
  • Sistemas auxiliares

El simulador se ha desarrollado utilizando el programa SCADA de LabVIEW versión 10.0, de National Instrument. Aunque se analizaron otras posibilidades, como WIN CC, finalmente se optó por LabView por su versatilidad y facilidad de programación. 

 

El equipo de desarrollo

El autor principal del proyecto ha sido Iosu Villanueva Juaniz, un joven y prometedor Ingeniero de Control formado en la Universidad de Navarra. Para el desarrollo de los sistemas relacionados con el campo solar y con el sistema HTF, se ha contado con los Ingenieros de la Universidad Autónoma de Madrid Sebastian Guerra, Gonzalo Guerrón y Ricardo Almanza. La coordinación de los trabajos ha corrido a cargo del director técnico de RENOVETEC, Santiago G. Garrido.  

 

La simulación del campo solar

Para realizar la simulación, los ingenieros Sebastian Guerra y Ricardo Almanza analizaron los datos de radiación normal directa de una ubicación próxima a Sevilla a lo largo de un año tipo. A partir de ella y considerando los parámetros más comunes de un campo solar que utilizara colectores tipo Eurothrough se estimó la cantidad de radiación que incidiría en el tubo absorbedor de un módulo a lo largo de los 365 días del año durante las 24 horas de cada día. De esa manera, conociendo la radiación disponible, el ángulo solar y las características del tubo absorbedor han podido simular la elevación de temperatura que puede darse en el fluido térmico al atravesar un módulo solar, en función de la velocidad con la que lo atraviese y de la fecha y la hora a la que se realiza la simulación.

El operador de la planta puede cerrar o abrir lazos que considere oportunos para alcanzar la temperatura y el caudal deseado en el sistema HTF y puede desenfocar parcialmente los colectores tal y como lo haría en una planta termosolar real. De esa manera no sólo puede estudiar el efecto de introducir o eliminar lazos, sino también el de desenfocar parcialmente el último colector de cada lazo para ver el efecto en la temperatura.

El simulador calcula además el número de Reynolds correspondiente a la circulación del fluido térmico. El sistema muestra una alarma si este número adimensional cae por debajo de una determinada cifra, en la que el flujo del HTF dejaría de ser turbulento y empezaría a ser laminar, con los consiguientes riesgos de sobretemperatura en el fluido. 

 

La simulación del sistema HTF

En la simulación del sistema fue necesario tener en cuenta la dilatación del fluido térmico como consecuencia de las variaciones de temperatura y sus correspondientes cambios de densidad. Teniendo en cuenta las características técnicas del fluido se han simulado los niveles de los tanques de expansión y rebose, y su variación con las condiciones de la planta en cada momento. La parte más interesante en cuanto a la simulación fue el estudio de la temperatura del fluido en función de la velocidad de las bombas principales de HTF, equipadas habitualmente con un variador de velocidad. 

La planta puede configurarse con dos tipos de control: control de temperatura automático, de manera que se selecciona la temperatura deseada y el sistema calcula la velocidad de la bomba y el caudal de HTF resultante, o control manual, en el que es el operador el que varia manualmente la velocidad, pudiendo estudiarse como afectan la velocidad de la bomba y  el caudal a la temperatura del HTF a la salida del campo solar.

 

La simulación del ciclo de vapor

El ingeniero industrial Iosu Villanueva, autor principal de la programación y que se encargó además del ensamblaje de todas las pantallas, fue el encargado de toda la simulación del ciclo agua-vapor, que es sin duda la más compleja de una planta termoeléctrica. Para realizar esta simulación fue necesario tener en cuenta en primer lugar el caudal y la temperatura del fluido térmico que llega a los intercambiadores, y en segundo lugar las condiciones atmosféricas. Con esos valores, y con los parámetros técnicos de todos los equipos implicados (intercambiadores del tren de generación de vapor, bombas de agua de alimentación y de condensación, torre de refrigeración, bombas del circuito de refrigeración principal, condensador, etc.) ha sido posible simular qué ocurre cuando se varía la temperatura ambiental, la presión,  la humedad, las características técnicas de los equipos principales (que son configurables), y todo ello de una manera muy visual y gráfica.

Iosu Villanueva consideró oportuno introducir dos pantallas adicionales que no suelen estar presentes en un sistema de control. La primera, muestra el diagrama T-S en el que se desarrolla la representación del ciclo termodinámico en tiempo real. La segunda, muestra un completo balance de masa y energía para que el operador pueda evaluar de forma directa si la planta está funcionando dentro de sus parámetros de diseño o alguno de los equipos principales presenta una anomalía (fuga, ensuciamiento, etc). 

 

La presentación

El simulador se ha desarrollado con un concepto totalmente portátil, de manera que es posible transformar cualquier sala de formación, salón de actos o despacho en una completa sala de control de una central termosolar. Funciona con una arquitectura cliente-servidor desarrollada por el ingeniero Gonzalo Guerrón, de forma que varios operadores pueden estar manipulando diferentes partes del sistema simultáneamente en diferentes puestos de control interconectados.

 Cuando se utiliza con fines formativos, una de las pantallas es sólo accesible al profesor que dirige la formación. Desde esa pantalla el profesor puede simular la avería de determinados equipos, una fuga, una nube que atraviesa una parte de la planta, puede seleccionar el día y la hora, o las condiciones de presión , temperatura y humedad, de manera que el alumno tendrá que responder adecuadamente a esas condiciones de trabajo preparadas por el profesor.

 

foto santiago garcia garrido

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