Álamo Ulloa, Daniel2024-09-252024-09-252021https://repositorio.usm.cl/handle/123456789/638310.71700/dspace-memorias/925El presente trabajo busca llevar a cabo un algoritmo de integración entre diversos modelos computacionales. Estos modelos corresponden a: un campo de heliostato, un recibidor volumétrico de aire, un almacenador térmico tipo Packed Bed, un intercambiador de placas paralelas que opera con aire- 𝑠𝐶𝑂2 y un ciclo de potencia de 𝑠𝐶𝑂2. Todo esto, con tal de evaluar una planta de concentración solar de potencia que funciona con aire como fluido de trabajo. Para llevarlo a cabo, se realizó una completa investigación acerca de las distintas tecnologías que se utilizan y estudian en las plantas de CSP hoy en día. La mayoría de este tipo de centrales opera con sales fundidas como fluido de trabajo, sin embargo, la utilización de aire puede dar paso a diversos beneficios como, por ejemplo, la posibilidad de operar ciclos de potencia Brayton de 𝑠𝐶𝑂2 o ciclos combinados que entreguen mayores eficiencias a la planta. Además, para lograr los objetivos del estudio, fue necesario validar y modelar numéricamente un almacenador térmico tipo Packed Bed y un intercambiador de calor de placas paralelas de aire- 𝑠𝐶𝑂2. Estos, a pesar de simplificar ciertos aspectos de transferencia de calor, se comportan de manera muy similar a lo estipulado por la literatura. Por otro lado, se llevó a cabo la interoperabilidad y unión de las entradas y salidas de los diversos modelos. Para ello, se optó por realizarlo en dos pasos distintos. El primero, consiste en unir las entradas y salidas del campo de heliostatos y del recibidor volumétrico mediante archivos legibles por ambos modelos en formato CSV. Para el segundo paso, se desarrolló un script de Python que integra de manera iterativa los modelos del almacenador tipo Packed Bed, el intercambiador de aire- 𝑠𝐶𝑂2 y el ciclo de potencia 𝑠𝐶𝑂2 con recompresión. Este script, recibe los valores de temperatura y flujo másico de aire a la salida del recibidor y entrega la potencia eléctrica generada por la planta y la eficiencia térmica del ciclo. Para estudiar el comportamiento de la planta, se simuló un día de alta y baja radiación tomando como referencia el diseño de la planta de Jülich de Alemania. Para el primer caso, se logró generar durante 13 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 del día y la planta alcanzó en tres ocasiones su punto de diseño de 1,5 𝑀𝑊𝑒 de potencia generada y 43,7 % de eficiencia térmica en el ciclo. Además, ponderó 11,7 % de eficiencia para la planta completa. Para el segundo caso, la planta generó solo durante 6 ℎ𝑜𝑟𝑎𝑠 del día y alcanzó un máximo de potencia eléctrica igual a 1,2 𝑀𝑊𝑒 , una eficiencia térmica en el ciclo de 37,7 % y una eficiencia promedio de la planta igual a 16,7 %.The following study seeks to carry out an integration algorithm between various computational models. These models are: a heliostat field, a volumetric air receiver, a Packed Bed thermal storage, a parallel plate heat exchanger that operates with air- 𝑠𝐶𝑂2 and a power cycle of 𝑠𝐶𝑂2. All this, in order to evaluate a Concentrated Solar Power Plant that works with air as heat transfer fluid. To do this, a complete investigation was conducted on the various technologies that are used and studied in CSP plants today. Most of these types of plants operate with molten salts as the heat transfer fluid, however, the use of air can give way to several benefits, such as the possibility of operating Brayton power cycles of 𝑠𝐶𝑂2 or combined cycles that deliver greater efficiencies to the plant. Furthermore, to achive the objectives of the study, it was necessary to develop and validate a numerical model of a Packed Bed thermal storage and an air- 𝑠𝐶𝑂2 parallel plate heat exchanger. Which, despite neglecting certain aspects of heat transfer, behave very similar to what is stipulated in the literature. On the other hand, the interoperability and joint of the inputs and outputs of the diverse models were carried out. For this, it was decided to do it in two different steps. The first consists of joining the inputs and outputs of the heliostat field and the volumetric receiver using CSV files readable by both models. For the second step, an iterative Python script was developed that integrates the models of Packed Bed thermal storage, the air- 𝑠𝐶𝑂2 heat exchanger and the 𝑠𝐶𝑂2 power cycle with recompression. This script receives the air temperature and air mass flow values at the receiver outlet and delivers the electrical power generated by the plant and the thermal efficiency of the cycle. To study the behavior of the plant, a day of high and low radiation was simulated, taking as a reference the design of the Jülich plant in Germany. For the first case, it was possible to generate during 13 hours of a day and where the plant reached three times its design point of 1,5 𝑀𝑊𝑒 of generated power and 43,7 % of thermal efficiency in the cycle. In addition, the plant averaged 11,7 % of efficiency. For the second one, the plant generated only 6 hours of a day and reached a maximum electrical power equal to 1,2 𝑀𝑊𝑒 , a thermal efficiency in the cycle of 37,7 % and an average efficiency of the plant equal to 16,7 %.71 páginasEnergía solarAlgoritmos computacionalesCentral termosolarTesis de Pregradoinfo:eu-repo/semantics/openAccess3560902039274