Publication: Design and thermal analysis of a direct steam generation central-receiver solar thermal power plant
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Publication date
2013-09-30
Defense date
2013-09-30
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Abstract
Thermo-solar central receiver power plants use radiation coming from the Sun, a clean energy source, to produce electricity. The best locations for this type of installations are the ones between 30º and 40º of latitude, both in the northern and southern hemisphere, what makes Spain to be one of the most suitable and attractive places all over the world for this energy source. However, this technology is not well developed yet comparing to other renewable energy sources such as wind energy or hydropower energy. This is what makes engineers to work hard in order to obtain better results from this source and make solar thermal plants competitive against other kinds of power plants.
Thereby, the present project develops a direct steam generation design in order to improve the plant performance introducing new configurations both for the receiver, adding a second row of tubes, and for the power cycle, using a reheating process. For those objectives, this report starts describing the process from the very beginning, solar radiation. The design method ends calculating a back-up system based on a natural gas-fired boiler. In the meanwhile, the present project describes the power cycle, a heat transfer analysis at the receiver and the distribution of the heliostats over a given area.
Finally, after having obtained the results for a 50MW power plant, a financial analysis is provided to preliminary characterize the investment in this kind of energy source. Besides, the different models developed across the project, as well as between those designs are compared to solar energy power plants already operating in Spain.
Las plantas de energía solar de concentración en receptor central usan una fuente de energía limpia, como es la radiación del sol, para producir electricidad. Los mejores lugares para la instalación de dichas plantas son aquellos que se localizan entre los 30º y 40º de latitud, tanto en un hemisferio como en el otro, convirtiendo a España en un atractivo y prolífico territorio. Sin embargo, esta tecnología no está suficientemente desarrollada como para competir con otras energías renovables como son la eólica o la hidroeléctrica. Por ello, los ingenieros trabajan duro para obtener mejores resultados con este tipo de centrales para hacerlas competitivas frente a otras plantas que utilizan fuentes de energía diferentes. Por lo tanto, el presente proyecto desarrolla un diseño de evaporación directa para mejorar el rendimiento de dichas instalaciones introduciendo nuevas configuraciones en el receptor, añadiendo una segunda fila de tubos, y en el ciclo de potencia, haciendo uso del recalentamiento. Para ello, este trabajo empieza describiendo el proceso de la creación de la radiación solar. Termina con el cálculo del sistema de apoyo con caldera de gas natural. Entre ello describe los ciclos de potencia, un análisis de transferencia de calor en el receptor y la distribución de los heliostatos sobre un determinado campo. Finalmente, después de haber obtenido los resultados para el diseño de una planta de producción de 50MW de energía eléctrica, se presenta un análisis financiero del proyecto para así justificar la inversión. Además, al final de muestran comparaciones entre los diferentes diseños descritos en este proyecto, así como entre éstos y otras plantas de energía solar que ya funcionan en el territorio español.
Las plantas de energía solar de concentración en receptor central usan una fuente de energía limpia, como es la radiación del sol, para producir electricidad. Los mejores lugares para la instalación de dichas plantas son aquellos que se localizan entre los 30º y 40º de latitud, tanto en un hemisferio como en el otro, convirtiendo a España en un atractivo y prolífico territorio. Sin embargo, esta tecnología no está suficientemente desarrollada como para competir con otras energías renovables como son la eólica o la hidroeléctrica. Por ello, los ingenieros trabajan duro para obtener mejores resultados con este tipo de centrales para hacerlas competitivas frente a otras plantas que utilizan fuentes de energía diferentes. Por lo tanto, el presente proyecto desarrolla un diseño de evaporación directa para mejorar el rendimiento de dichas instalaciones introduciendo nuevas configuraciones en el receptor, añadiendo una segunda fila de tubos, y en el ciclo de potencia, haciendo uso del recalentamiento. Para ello, este trabajo empieza describiendo el proceso de la creación de la radiación solar. Termina con el cálculo del sistema de apoyo con caldera de gas natural. Entre ello describe los ciclos de potencia, un análisis de transferencia de calor en el receptor y la distribución de los heliostatos sobre un determinado campo. Finalmente, después de haber obtenido los resultados para el diseño de una planta de producción de 50MW de energía eléctrica, se presenta un análisis financiero del proyecto para así justificar la inversión. Además, al final de muestran comparaciones entre los diferentes diseños descritos en este proyecto, así como entre éstos y otras plantas de energía solar que ya funcionan en el territorio español.
Description
Keywords
Energía solar, Centrales termosolares, Transmisión de calor