Zhang, Cheng
Arauzo Pelet, Inmaculada (dir.) ; Zhang, Yanping (dir.) ; Wei, Gao (dir.)
Universidad de Zaragoza,
2018
Abstract: El objetivo de esta tesis es investigar sistemas de generación eléctrica termosolar para proponer, desa-rrollar y optimizar un sistema de energía solar térmica en cascada para conseguir un mejor rendimiento de las tecnologías de generación eléctrica termosolar y explorar una nueva tecnología viable generación a gran escala. Los contenidos y conclusiones principales de la tesis son los siguientes.
Se han propuesto múltiples y novedosas estructuras topológicas para diseños de cascada termosolar, combinando ciclo Stirling como ciclo de cabecera y ciclo rankine como ciclo de cola, incluso con chimenea solar. Como colectores se integran el colector cilindro parabólico, el disco parabólico y la torre central con campo de heliostatos. La topología seleccionada para el estudio consiste en un campo solar de alta tempera-tura de colectores de disco parabólico para calentar aire a alta temperatura que se utiliza como foco caliente de un motor sterling. El foco frío de dicho motor es, a su vez, y utilización en cascada de la energía termosolar un ciclo rankine que se alimenta de vapor generado con un campo solar de colectores cilindro parabólicos (media temperatura).
Se establecen modelos mecanicistas para los componentes del sistema de generación solar, usando he-rramientas informáticas de cálculo matemático y desarrollo de sistemas. El proceso de modelado usa una aproximación orientada al objeto, para asegurar la independencia y relevancia de cada componente. El mo-delo del sistema tiene la ventaja de una organización pertinente, una estructura clara y fácil capacidad de mejora.
Para el modelado del motor Stirling, se consideran varias irreversibilidades y pérdidas, lo que permite ve-rificar una predicción más precisa que la del modelo clásico. Se ha estudiado el efecto de diferentes disposi-ciones de motores Stirling sobre el rendimiento del sistema en cascada. De acuerdo a las características de funcionamiento del motor, se proponen 5 disposiciones básicas de una matriz de motores Stirling y se imple-mentan los correspondientes modelos de simulación. Se analizan las diferencias de funcionamiento entre los distintos conjuntos para diferentes temperaturas y capacidades térmicas de fluido de entrada y diferentes parámetros del motor Stirling. Se concluye que la conexión en serie es la mejor disposición en términos de robustez y rendimiento de la matriz de motores Stirling.
Se propone un sistema de calentamiento multietapa que puede reducir efectivamente la pérdida de exer-gía del proceso de generación de vapor de agua. Durante el proceso completo de intercambio de calor en un generador de vapor de agua convencional, no hay cambio de fase en el fluido calefactor y sí en el fluido cale-factado. En los intercambiadores de calor, existen amplias diferencias de temperaturas entre ambos, lo que amplía la pérdida de exergía durante el proceso. En esta tesis, se propone un método de calentamiento por etapas, en el que los caudales másicos del fluido calefactor en diferentes intercambiadores se controlan para reducir la diferencia de temperatura y las pérdidas de exergía. Este método puede incrementar efectivamente el rendimiento térmico de campos solares.
Se propone un método para evaluar el funcionamiento de sistemas de generación eléctrica termosolar en cascada. Se escogen para comparación los sistemas independientes que componen la cascada y se esta-blecen los modelos de evaluación de su funcionamiento. Los resultados de la simulación y su análisis revelan que el sistema en cascada tiene un rendimiento de conversión solar-eléctrico mayor para altas irradiaciones solares si se compara con los correspondientes sistemas independientes.
Se ha construido una plataforma de ensayo de generación eléctrica termosolar y se han efectuado ensa-yos experimentales con los colectores. Los experimentos determinan la influencia de la irradiación solar nor-mal directa, caudal y temperatura de entrada del fluido de transferencia de calor. Los resultados experimen-tales validan lo establecido mediante los modelos de los colectores y de los discos
Abstract (other lang.):
Se han propuesto múltiples y novedosas estructuras topológicas para diseños de cascada termosolar, combinando ciclo Stirling como ciclo de cabecera y ciclo rankine como ciclo de cola, incluso con chimenea solar. Como colectores se integran el colector cilindro parabólico, el disco parabólico y la torre central con campo de heliostatos. La topología seleccionada para el estudio consiste en un campo solar de alta tempera-tura de colectores de disco parabólico para calentar aire a alta temperatura que se utiliza como foco caliente de un motor sterling. El foco frío de dicho motor es, a su vez, y utilización en cascada de la energía termosolar un ciclo rankine que se alimenta de vapor generado con un campo solar de colectores cilindro parabólicos (media temperatura).
Se establecen modelos mecanicistas para los componentes del sistema de generación solar, usando he-rramientas informáticas de cálculo matemático y desarrollo de sistemas. El proceso de modelado usa una aproximación orientada al objeto, para asegurar la independencia y relevancia de cada componente. El mo-delo del sistema tiene la ventaja de una organización pertinente, una estructura clara y fácil capacidad de mejora.
Para el modelado del motor Stirling, se consideran varias irreversibilidades y pérdidas, lo que permite ve-rificar una predicción más precisa que la del modelo clásico. Se ha estudiado el efecto de diferentes disposi-ciones de motores Stirling sobre el rendimiento del sistema en cascada. De acuerdo a las características de funcionamiento del motor, se proponen 5 disposiciones básicas de una matriz de motores Stirling y se imple-mentan los correspondientes modelos de simulación. Se analizan las diferencias de funcionamiento entre los distintos conjuntos para diferentes temperaturas y capacidades térmicas de fluido de entrada y diferentes parámetros del motor Stirling. Se concluye que la conexión en serie es la mejor disposición en términos de robustez y rendimiento de la matriz de motores Stirling.
Se propone un sistema de calentamiento multietapa que puede reducir efectivamente la pérdida de exer-gía del proceso de generación de vapor de agua. Durante el proceso completo de intercambio de calor en un generador de vapor de agua convencional, no hay cambio de fase en el fluido calefactor y sí en el fluido cale-factado. En los intercambiadores de calor, existen amplias diferencias de temperaturas entre ambos, lo que amplía la pérdida de exergía durante el proceso. En esta tesis, se propone un método de calentamiento por etapas, en el que los caudales másicos del fluido calefactor en diferentes intercambiadores se controlan para reducir la diferencia de temperatura y las pérdidas de exergía. Este método puede incrementar efectivamente el rendimiento térmico de campos solares.
Se propone un método para evaluar el funcionamiento de sistemas de generación eléctrica termosolar en cascada. Se escogen para comparación los sistemas independientes que componen la cascada y se esta-blecen los modelos de evaluación de su funcionamiento. Los resultados de la simulación y su análisis revelan que el sistema en cascada tiene un rendimiento de conversión solar-eléctrico mayor para altas irradiaciones solares si se compara con los correspondientes sistemas independientes.
Se ha construido una plataforma de ensayo de generación eléctrica termosolar y se han efectuado ensa-yos experimentales con los colectores. Los experimentos determinan la influencia de la irradiación solar nor-mal directa, caudal y temperatura de entrada del fluido de transferencia de calor. Los resultados experimen-tales validan lo establecido mediante los modelos de los colectores y de los discos
Abstract (other lang.):
Pal. clave: energia solar ; fuentes no convencionales de energia ; generacion de energia
Titulación: Programa de Doctorado en Energías renovables y Eficiencia energética
Plan(es): Plan 509
Nota: Presentado: 29 05 2018
Nota: Tesis-Univ. Zaragoza, , 2018
-
Permalink:
Visitas y descargas
Record created 2018-09-26, last modified 2021-05-20
