Simulación y optimización de ciclos de potencia orgánicos Rankine (ORCs) con diferentes fluidos aplicados a energía solar de concentración

Abstract

Dentro de la energía solar, la energía solar fotovoltaica (PV) es la más empleada en la producción eléctrica por su elevado estadio de desarrollo y sus costes competitivos con otras tecnologías. Como principal alternativa, la energía termosolar o energía solar de concentración (CSP, en inglés Concentrating Solar Power) está caracterizada por la obtención de electricidad a partir de la energía térmica de un fluido calentado mediante la concentración de los rayos de sol. La energía termosolar presenta aún un gran margen de mejora y desarrollo que se traduce en un creciente aumento de la inversión por parte de países emergentes como China o Marruecos. En el contexto de este crecimiento en el desarrollo de la CSP en la última década surgen los ciclos Rankine orgánicos (ORC) solares, aplicados a fuentes solares térmicas de media y baja temperatura. Este rango de temperaturas, en el cual las pérdidas radiativas en el circuito solar se reducen, es compatible con la utilización de fluidos orgánicos como fluido motor en el bloque de potencia del ciclo solar. Los fluidos orgánicos presentan mayor inclinación en sus diagramas termodinámicos hacia entropías crecientes, evitando así la expansión húmeda del agua a bajas temperaturas que penaliza el rendimento y complica el diseño de la turbina. El presente Trabajo Fin de Grado pretende evaluar, analizar y clasificar el comportamiento de una serie de fluidos orgánicos en un ciclo CSP-ORC, así como plantear y evaluar configuraciones novedosas de dichos ciclos orgánicos en comparación con los ciclos convencionales. Uno de los principales objetivos de esta investigación es diseñar, modelar y evaluar los ciclos Rankine orgánicos simple y regenerativo para una serie de fluidos orgánicos propuestos. Para la integración de los modelos analíticos de los componentes y las hipótesis necesarias para la simplificación del ciclo se han utilizado funciones en MATLAB desarrolladas por el autor del presente Trabajo Fin de Grado. El modelo de los ciclos debe optimizarse para obtener el valor máximo posible de rendimiento de la configuración ciclo-fluido. La optimización realizada en el modelo del ciclo en MATLAB se basa en la obtención del valor de presión de operación óptimo para el cual el rendimiento del ciclo es el máximo posible.