Diseño y Simulación de Ciclos de Potencia Brayton s-CO2 con CSP Y Almacenamiento Térmico

Tafur Escanta, Paul Michael (2020). Diseño y Simulación de Ciclos de Potencia Brayton s-CO2 con CSP Y Almacenamiento Térmico. Thesis (Master thesis), E.T.S.I. Industriales (UPM).

Description

Title: Diseño y Simulación de Ciclos de Potencia Brayton s-CO2 con CSP Y Almacenamiento Térmico
Author/s:
  • Tafur Escanta, Paul Michael
Contributor/s:
  • Muñoz Antón, Javier
  • Valencia Chapi, Robert M.
Item Type: Thesis (Master thesis)
Masters title: Ingeniería de la Energía
Date: June 2020
Subjects:
Freetext Keywords: Ciclo Brayton, CO2 supercrítico, mezcla de fluidos, planta termosolar, almacenamiento térmico.
Faculty: E.T.S.I. Industriales (UPM)
Department: Ingeniería Energética
Creative Commons Licenses: Recognition - No derivative works - Non commercial

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Abstract

En el presente trabajo se realiza una evaluación y cuantificación del impacto que tiene utilizar mezclas a base de Dióxido de Carbono Supercrítico “s-CO2” (s-CO2/C2H6, s-CO2/CH4, s-CO2/Kr, s-CO2/SF6, s-CO2/H2S, s-CO2/COS, s-CO2/SO2 y s-CO2/NH3) como fluido de trabajo en ciclos de potencia Brayton s-CO2. Se estudiaron algunas configuraciones complejas: Recompresión con dos recalentamientos (RCC – 2RH), Recompresión con tres recalentamientos (RCC – 3RH), Recompresión con Enfriamiento Intermedio en el Compresor Principal con dos recalentamientos (RCMCI – 2RH) y Recompresión con Enfriamiento Intermedio en el Compresor Principal con tres recalentamientos (RCMCI – 3RH) acopladas a plantas de energía solar térmica (STE) de enfoque lineal con colectores cilindro – parabólicos (PTC) y almacenamiento de energía térmica (TES) que utilizan Sal Solar (60 % NaNO3 / 40% KNO3) como fluido de transferencia de calor. Los parámetros de diseño evaluados son el rendimiento de la planta solar en el punto de diseño, el área de apertura del campo solar, las variaciones de los costes en relación al tamaño térmico o conductancia total (UATotal) y el coste ponderado de la electricidad (LCOE) en función de las horas de almacenamiento del TES. La metodología utilizada en el cálculo del rendimiento de la planta es establecer valores de conductancia total del recuperador de calor (UATotal) entre 5000 y 30000 kW/K. Una de las principales conclusiones de este trabajo es que la eficiencia del ciclo tiene una mejora y en algunos casos ésta es considerable si se compara con la que se obtiene usando s-CO2 puro. En las mezclas que disminuyen la temperatura crítica, la de s-CO2 y Kr con proporción de fracción molar 30 / 70 respectivamente se considera como la mejor en término de eficiencia termodinámica ya que tiende a aumentar entre 7 y 11 puntos porcentuales respecto al s-CO2 puro y dependiendo del UATotal, seguida por la mezcla de s-CO2 y CH4 con fracción molar de 45 / 55 la cual aumenta entre 3 y 7 puntos porcentuales, las mezclas de s-CO2/C2H6 y de s-CO2 / SF6 solo aumentan entre 1 y 2 puntos porcentuales. En términos de costes del campo solar, la mezcla de s-CO2 y Kr presenta el menor coste de entre todas las estudiadas con valores entre 25 y 34 M$ los cuales dependen del área de apertura del campo solar y del UATotal para las configuraciones RCC y RCMCI. Mientras que en las mezclas que aumentan la temperatura crítica, la de s-CO2 y COS con fracción molar 70 / 30 respectivamente se considera como la mejor en términos de eficiencia ya que aumenta entre 3 y 4 puntos porcentuales respecto al s-CO2 puro y dependiendo del UATotal, además esta mezcla también posee un menor coste del campo solar en las configuraciones RCC; le sigue muy de cerca la mezcla de s-CO2 y H2S con fracción molar 60 / 40 con valores muy similares en eficiencia, pero ésta tiene un menor coste del campo solar en las configuraciones RCMCI. Al analizar el coste nivelado de energía, la configuración que presenta un menor LCOE es la de RCMCI con valores de de LCOE nominal de 17.71 cents/kWh y LCOE real de 14.06 cents/kWh. Finalmente, los resultados obtenidos demuestran que las variaciones en las propiedades del fluido de trabajo juegan un papel muy importante debido al impacto positivo en el aumento de la eficiencia térmica del ciclo Brayton de s-CO2 cuando se utilizan las configuraciones de RCC y RCMCI.

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Item ID: 65835
DC Identifier: http://oa.upm.es/65835/
OAI Identifier: oai:oa.upm.es:65835
Deposited by: Paul Michael Tafur Escanta
Deposited on: 07 Jan 2021 07:10
Last Modified: 07 Jan 2021 07:10
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