Análisis del comportamiento de una turbina de gas

Sánchez Morell, Gonzalo (2016). Análisis del comportamiento de una turbina de gas. Proyecto Fin de Carrera / Trabajo Fin de Grado, E.T.S.I. Industriales (UPM).

Description

Title: Análisis del comportamiento de una turbina de gas
Author/s:
  • Sánchez Morell, Gonzalo
Contributor/s:
  • Sánchez Orgaz, Susana
  • Rodriguez Martin, Javier
Item Type: Final Project
Degree: Grado en Ingeniería en Tecnologías Industriales
Date: July 2016
Subjects:
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Ingeniería Energética
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

El modelo energético actual es el principal causante del cambio climático. La subida de la temperatura media del planeta, la mayor frecuencia de catástrofes naturales y la escasez de recursos son un problema que la sociedad tiene que combatir. Hoy en día más del 80% de la energía primaria que se consume proviene de combustibles fósiles que son los principales causantes de estos fenómenos. La solución es hacer una transición energética desde el modelo actual a uno basado en energías limpias o renovables. Dentro de estas energías limpias la energía solar es la que ofrece mayor disponibilidad y abundancia. Por ello se han desarrollado diversas tecnologías para su aprovechamiento como las células fotovoltáicas o las centrales térmicas solares. Los países del sur de Europa como España, Italia o Grecia reciben altas cantidades de irradiación solar cada año que no están siendo aprovechadas. La transición energética que hay que llevar a cabo necesita tecnologías que permitan generar energía de manera sostenible pero que además sean capaces de producir suficiente cantidad para satisfacer la demanda. En este contexto las centrales térmicas solares híbridas son buenas candidatas. Estas centrales combinan un sistema solar como puede ser una torre central o colectores cilindroparabólicos con un recurso fósil. Esta combinación permite producir grandes cantidades de energía con altos rendimientos de conversión de energía solar a eléctrica. En la actualidad ya hay plantas de este tipo funcionando en el mundo dentro de las cuales se destaca la planta Solugas, propiedad de Abengoa y ubicada en Sevilla, que utiliza como sistema solar una torre central. Recientemente se ha publicado un artículo en la revista “Energy Conversion and Management", en el que el Departamento de Física Aplicada de la Universidad de Salamanca ha elaborado un modelo teórico de una posible modificación de esta planta para poder estudiar el comportamiento de la misma. Este modelo se ha implementado en dicho artículo para una serie de condiciones de operación. En este trabajo se ha validado el modelo teórico desarrollado en el artículo y se ha ampliado el estudio realizado sobre el comportamiento de esta planta en diferentes condiciones.ducidas. La planta Solugas real funciona realizando un ciclo Brayton abierto hibridado con la torre solar mencionada y la modificación consiste en cerrar el ciclo que realiza la planta incluyendo un regenerador. El objetivo de esta modificación es mejorar el rendimiento de esta planta y disminuir el consumo de combustible de la misma. Para la realización de este trabajo se ha creado un modelo de la planta modificada en un programa de simulación profesional que es Thermoex. Para poder comparar y validar el modelo teórico propuesto al desarrollar el modelo en Thermoex se han utilizado los mismos datos que se utilizan en dicho artículo. Por la complejidad del programa, se han tenido que calcular y deducir datos extra requeridos por el mismo para poder diseñar los elementos del modelo. Todos estos cálculos así como las hipótesis realizadas en ellos se explican en el trabajo. Una vez desarrollado el modelo en Thermoex, se ha implementado para las mismas condiciones ambiente que el teórico y se han comparado los resultados obtenidos. Además de las condiciones que se han implementado en dicho artículo, este modelo se ha implementado para una serie de situaciones adicionales que pueden darse frecuentemente durante la operación. Al comparar los resultados de ambos modelos, las dos principales causas de diferencias han sido los distintos diseños de la torre solar, turbina y compresor. Los diferentes diseños de la torre han afectado al rendimiento y al aporte de potencia térmica al ciclo por parte de este elemento que a su vez ha afectado al consumo de combustible. Los rendimientos que se han obtenido con Thermoex son mejores y tanto el aporte de potencia térmica como el consumo de combustible han sido menores. Los diferentes resultados de rendimiento de la torre solar han significado obtener también distintos rendimientos globales de la planta. Por otro lado, la diferencia de diseños de turbina y compresor ha resultado en una diferencia en la potencia eléctrica generada. La causa de estas diferencias de diseño ha sido, en el caso de la torre solar, que Thermoex tiene más parámetros en cuenta que el artículo a la hora de diseñar este elemento. Esto hace que el diseño de Thermoex sea más próximo al real. En el caso de la turbina y del compresor, la principal causa son las hipótesis realizadas para el cálculo de los parámetros que necesita el programa para su diseño a través de los datos proporcionados por el artículo. Se propone, por tanto, como mejora del modelo teórico un diseño más preciso de la torre solar y como mejora del modelo de este trabajo un cálculo más preciso de los parámetros de turbina y compresor requeridos por Thermoex. Los resultados de las demás simulaciones muestran el alto rendimiento de la planta, que toma un valor del 35% en promedio, en comparación con otros sistemas puramente solares. El consumo de combustible que tiene también es menor en relación con otras tecnologías solares para un nivel de generación comercial como son 5,081 MW eléctricos. Este consumo permite reducir las emisiones de CO2, en caso de operación en condiciones nominales, hasta un 10% respecto a una planta semejante sin hibridación solar. A pesar de no ser una gran reducción, al ser estas plantas una solución a medio plazo hasta conseguir un sistema energético 100% renovable, es una característica positiva.

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Item ID: 43836
DC Identifier: http://oa.upm.es/43836/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:43836
Deposited by: Biblioteca ETSI Industriales
Deposited on: 05 Nov 2016 19:30
Last Modified: 12 Mar 2018 12:23
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