Síntesis y diseño de equipos de transferencia de energía para plantas de energía termosolar

Resumen

El trabajo de investigación presentado se basó en el uso de técnicas de optimización y programación matemática para abordar el estudio de los equipos de transferencia de energía de las plantas de energía termosolar. El estudio de cada equipo fue abordado de manera que se considerasen las características propias del diseño de cada equipo, a la vez que se aplicaban modelos y formulaciones ajustadas al caso de estudio. Se ha desarrollado un proceso de optimización en dos etapas para el diseño conceptual de los sistemas de refrigeración de aire A-frame, en el cual se contemplaban diferentes opciones geométricas de diseño. La primera etapa se basó en un modelo destinado al diseño del equipo, el cual fue evaluado con un problema de programación mixta entera no lineal (MINLP) y aplicando una metodología Branch and Bound específicamente desarrollada para el modelo. La segunda etapa del proceso, basándose en los datos de diseño del problema MINLP, evaluó la posible operación del equipo aplicando un problema MINLP multiperiodo, obteniéndose información acerca de cómo las diferentes secciones del equipo operarían para un caso de estudio dado. Se ha estudiado el efecto de la pérdida de eficiencia por ensuciamiento en el diseño de los sistemas A-frame, y las posibles consecuencias durante su operación. Se formuló un procedimiento de dos etapas: la primera etapa consistió en el diseño del equipo, considerando las condiciones de operación más exigentes con ensuciamiento, aplicando una formulación MINLP; la segunda etapa se centró en la reducción de los costes de operación y limpieza del equipo durante la operación, utilizando una formulación MINLP multiperiodo. La aplicación de este procedimiento de optimización mostró el efecto del ensuciamiento tanto en el diseño del equipo, como en la longitud del ciclo de operación o la energía consumida. Por último, se estudió el efecto de la localización de la instalación en el diseño de los colectores centrales tubulares. Se desarrolló un proceso de optimización en dos etapas: la primera etapa consistía en un diseño riguroso del equipo mediante un problema MINLP, considerando opciones comerciales de tuberías; la segunda etapa se centraba en la operación del equipo, que se formuló para tres localizaciones distintas, con dos escenarios de producción cada una, utilizando una formulación no lineal (NLP). El estudio de la operación durante un año mostró las características de la transferencia de calor del equipo, así como el efecto de las variables típicas de la localización tanto en el diseño como en la tendencia de las variables de operación.