Estudi i dimensionament del generador de vapor d'una central termosolar

Abstract

En una central termosolar de col·lectors cilindre parabòlics s’aprofita la radiació solar per generar energia tèrmica, que és emmagatzemada en un oli tèrmic. Aquest oli tèrmic es condueix cap al tren de generació de vapor, on es realitza la transferència de calor entre l’oli tèrmic i l’aigua, que, en un cicle de Rankine, acciona unes turbines per generar energia mecànica que es converteix en energia elèctrica en un generador. El tren de generació de vapor està format per tres bescanviadors de calor de carcassa i tubs en sèrie, amb la funció de preescalfar, evaporar i sobreescalfar l’aigua del cicle de potència, i un addicional encarregat del reescalfament.

En aquest projecte s’ha dissenyat i estudiat el cicle de potència d’una central de 50 MWe de potència amb el fi d’obtenir les dades d’entrada al tren de generació de vapor, per posteriorment realitzar el disseny i dimensionament dels quatre bescanviadors de calor considerant els paràmetres necessaris per realitzar la transferència de calor.

Els càlculs s’han realitzat amb el programari d’anàlisis numèric Scilab, mitjançant el qual s’ha obtingut un codi amb les premisses que automatitzi els càlculs i que pugui ser reutilitzable en futurs propòsits acadèmics. Per aquest motiu el mètode que s’ha utilitzat per dur a terme el dimensionament dels bescanviadors és el mètode de Kern, més apropiat a nivell acadèmic que mètodes més complicats com el de Tinker, o més orientats al càlcul manual com el de Bell.

En una central termosolar de concentradores cilindro parabólicos se aprovecha la radiación solar para generar energía térmica, que es almacenada en un aceite térmico. Este aceite térmico se conduce hacia el tren de generación de vapor, donde se realiza la transferencia de calor entre el aceite térmico y el agua, que, en un ciclo de Rankine, acciona unas turbinas para generar energía mecánica que se convierte en energía eléctrica en un ge nerador. El tren de generación de vapor está formado por tres intercambiadores de calor de carcasa y tubos en serie, con la función de precalentar, evaporar y sobrecalentar el agua del ciclo de potencia, y uno adicional encargado del recalentamiento. En este proyecto se ha diseñado y estudiado el ciclo de potencia de una central de 50 MWe de potencia con el fin de obtener los datos de entrada al tren de generación de vapor, para posteriormente realizar el diseño y dimensionamiento de los cuatro intercambiadores de calor considerando los parámetros necesarios para realizar la transferencia de calor.

Los cálculos se han realizado con el programa de análisis numérico Scilab, mediante el que se ha obtenido un código con las premisas que automatice los cálculos y que pueda ser reutilizable en futuros propósitos académicos. De ahí que el método que se ha utilizado para llevar a cabo el dimensionamiento de los intercambiadores es el método de Kern, más apropiado a nivel académico que métodos más complicados como el de Tinker, o más orientados al cálculo manual como el de Bell.

In a solar thermal power plant with parabolic trough concentrators, solar radiation is used to generate thermal energy, which is stored in a thermal oil. This thermal oil is conducted to the steam generator, where the heat transfer between the thermal oil and the water takes place, which, in a Rankine cycle, drives turbines to generate mechanical energy that is converted into electrical energy in a generator. The steam generator consists of three shell-and-tube heat exchangers in series, with the function of preheating, evaporating and superheating the power cycle water, and an additional one in charge of reheating.

In this project, the power cycle of a 50 MWe power plant has been designed and studied in order to obtain the input data to the steam generation train, to later carry out the design and sizing of the four heat exchangers considering the parameters necessary to perform the heat transfer.

The calculations have been carried out with the numerical analysis software Scilab, through which a code has been obtained with the premises that automates the calculations and that can be reusable for future academic purposes. Hence, the method that has been used to carry out the sizing of the exchangers is the Kern method, more appropriate at an academic level than more complicated methods such as Tinker's, or more oriented to manual calculation such as Bell's.