Diseño del circuito de sales fundidas para una planta de generación eléctrica termosolar de concentración central

Abstract

La energía de tipo termosolar es limpia, segura y renovable, factores absolutamente fundamentales de cara a la lucha contra el cambio climático y el desarrollo de un modelo económico y social sostenible. Por otro lado evita la dependencia energética de combustibles fósiles de países como España. Este proyecto se centra en el estudio y diseño de un circuito de sales fundidas para una planta termosolar de torre central. El circuito termosolar de concentración central está conformadas por varios sistemas:

- Sistema termportador - Sistema generador de vapor - Sistema de almacenamiento térmico - Sistema receptor solar - Sistema de circulación

1. Sistema termoportador

El sistema termoportador consiste en el fluido térmico que se encargará de absorber y contener el calor solar, hasta transferirlo al circuito de agua/vapor. Debe ser un fluido poco viscoso, con altos puntos de fusión y ebullición, alta capacidad calorífica y buena conductividad térmica. Por último, interesa que sea barato y no sea tóxico, ya que se emplea una gran cantidad en la planta, tanto almacenado como en circulación.

2. Sistema generador de vapor

Se trata del bloque de intercambiadores de calor en los que se transfiere el calor absorbido por el fluido térmico al agua, evaporándola y sobrecalentando su vapor. Este bloque se compone de tres intercambiadores de calor, cada uno para una fase del proceso de transferencia térmica:

- Economizador: eleva la temperatura del agua hasta la de saturación, sin llegar a evaporarla. - Evaporador: evapora el agua saturada hasta vapor saturado, sin llegar a sobrecalentarlo. - Sobrecalentador: sobrecalienta el vapor saturado, evaporando cualquier partícula de humedad que quede en el vapor.

Este bloque deberá ser suficientemente grande para permitir la necesaria transferencia térmica, generando hasta 11,3 toneladas de vapor sobrecalentado a 520ºC y 100 bares de presión.

3. Sistema de almacenamiento térmico

Un punto crítico en este tipo de plantas es la directa dependencia del sol. Para poder producir durante la noche o durante fenómenos climáticos que impidan o reduzcan excesivamente la irradiación solar que llega a nuestro planeta, se recurre al almacenamiento térmico. Este sistema se compone de tanques de gran capacidad donde almacenar y contener fluido térmico recalentado para los períodos en los que la luz solar no está disponible. Con esta medida, se está alcanzando a producir hasta 18 horas sin radiación solar disponible. Generalmente se emplean un tanque para fluido frío y un tanque para fluido caliente.

4. Sistema receptor solar

Este conjunto de equipos es el que se emplea para captar la radiación solar concentrada por los helióstatos, absorbiéndola y transfiriéndola al fluido termoportador que circula por su interior. Se compone principalmente por el receptor, un conjunto de paneles de tubos muy finos por los que se divide y circula el fluido termoportador. Es la parte más delicada de todo el diseño, y debido a que se expone a concentraciones de radiación altísimas, condiciona todo el diseño a las condiciones más extremas, correspondientes a mediados del mes de Julio. Su diseño debe, además de ser eficaz y resistir fenómenos térmicos que pudiesen dañarlo, ofrecer una transferencia suficiente para recalentar la cantidad necesaria de fluido térmico frío.

5. Sistema de circulación

Por último, se requiere un sistema de tuberías, válvulas y bombas, para poder operar con los equipos y transportar el fluido térmico de un sistema a otro. Deberán soportar las altas temperaturas del fluido, así como estar muy eficazmente aislados para evitar pérdidas de calor por conducción en todo el circuito. Cabe incluir aquí el subsistema de trazado eléctrico. Como medida de seguridad preventiva, se instala un trazado eléctrico a lo largo de todo el circuito (incluidos los sistemas anteriores), suficiente como para evitar el congelamiento del fluido dentro de las conducciones y equipos, en caso de producirse cualquier problema.