Análisis y diseño de un Sistema de poligeneración para una instalación industrial formado por captadores solares de concentración integrados con ciclo Rankine orgánico y con apoyo de un sistema auxiliar alimentado con biomasa.

DirectorSERRA DE RENOBALES, LUIS MARÍA - LOZANO SERRANO, MIGUEL ANGEL
Titulaciones
Duracion5 meses
LugarEINA - Dept. Ingeniería Mecánica - GITSE/I3A
Fecha Alta2021-11-15
Fecha Baja2022-11-15
ResumenLa Unión Europea (UE) y otras regiones del mundo (Japón, Corea del Sur e incluso China) han anunciado su compromiso para desarrollar un sistema energético sostenible, competitivo, seguro y descarbonizado para los años 2050/60. Atención especial merecen los procesos de calentamiento y refrigeración que en la UE representan el 50% de la energía final consumida. La hibridación de sistemas de cogeneración/trigeneración con energías renovables, en particular con energía solar, presenta un gran potencial para la descarbonización del sector energético. La energía fotovoltaica es la más extendida y la Agencia Internacional de la Energía la considera muy adecuada en los escenarios de desarrollo sostenible que propone, pero presenta limitaciones cuando se necesita energía térmica de media/alta temperatura. Los captadores solares de concentración (CSC) son adecuados para este fin, y están experimentando una reducción muy significativa de coste. Los CSC son también adecuados para hibridar sistemas de cogeneración, y su interés se ha puesto de manifiesto también en el suministro de energía térmica en redes de distrito, pequeños grupos de viviendas y en la industria. Dado el carácter irregular e intermitente del recurso solar, es idónea su integración con almacenamiento de energía térmica (TES) y/o energías renovables gestionables, como la biomasa. Los sistemas de cogeneración de tamaño medio (0.1-10 MW) tienen buenas prestaciones operando con fuentes de energía térmica de baja/media temperatura -energía solar térmica, calor residual, energía geotérmica o biomasa- alimentando a Ciclos Rankine Orgánicos (ORC) que producen energía eléctrica con una eficiencia energética razonablemente alta. El principal objetivo de este TFM es estudiar la prometedora integración de novedosos captadores solares térmicos (Parabolic Trough Collectors, Compound Parabolic Collectors, Linear Fresnel Reflectors o Tubos de vacío), calderas de biomasa, ORC, bombas de calor (absorción y mecánicas) y TES (latente y sensible), para proponer sistemas de trigeneración descarbonizados para el suministro de energía eléctrica, calor y frío, que sean económicamente asumibles. El proyecto consistirá en la selección de colectores y dimensionamiento del campo solar y de los diferentes equipos del sistema de producción para proveer de energía a una instalación industrial. Para ello se elaborarán modelos de simulación capaces de representar el comportamiento físico hora a hora de los equipos de la instalación propuesta a lo largo del año. Estos modelos se implementarán en herramientas generalistas de cálculo como son EXCEL, EES y LINGO. Los resultados se compararán con los de otras herramientas específicas de cálculo (SAM, SCENOCALC, TRNSYS, etc.) para verificar su validez. Los datos horarios climáticos y de radiación solar se elaborarán partiendo de la aplicación METEONORM. También se estimarán datos horarios de las demandas de servicios energéticos (calor, vapor, ACS, frío …) a satisfacer en la instalación industrial. El trabajo final incluirá un análisis de viabilidad económica en el que se considerarán los costes de inversión y operación de los equipos. También una evaluación de la disminución de emisiones de CO2 y del ahorro de energía primaria con relación a instalaciones convencionales que produzcan los mismos servicios energéticos. Con todo ello podrá realizarse el cálculo de la operación de los sistemas solares analizados a lo largo del año, incluyendo su evaluación económica y medioambiental, lo que permitirá, finalmente, determinar un prediseño óptimo.
Detalles/ContactoCorreo electrónico: serra@unizar.es
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