Hola a todos!

Tengo una duda existencial que espero que alguno me pueda solucionar.

He hecho un proyecto básico de una central termosolar de 50 MW con CCP en la que quiero poner almacenamiento térmico con sales fundidas.

He visto que lo más popular suele ser poner 60% NaNO3 y 40% KNO3 y poner un almacenamiento de unas 7 horas. En una planta de Internet de 50 MW pone que un almacenamiento de 7 horas se conseguía con 28.500 toneladas de una mezcla de estas sales, puestas en dos tanques, uno de sales frías y otro de sales fundidas.

Mi problema es que no se cómo han hecho los cálculos para obtener este resultado. ¿Alguien tiene alguna idea o me puede pasar algun ejemplo? ¿Si se pone almacenamiento se tendrían que poner más colectores?

¿Sabéis dónde puedo encontrar información sobre el tema? Esque en Internet sólo encuentro información teórica, y bueno, supongo que ya sabréis la poca bibliografía que existe sobre el tema....

Muchas gracias a todos!!!

A ver si te puedo ayudar:

CALCULO ALMACENAMIENTO TÉRMICO PLANTA CCP 50 MW PARA 10 H

Antes de comenzar con el dimensionado del volumen de los tanques de almacenamiento, hay que conocer la cantidad de energía que está destinada a mantener una carga máxima de 10 horas para el abastecimiento de la energía térmica que necesita la turbina para trabajar de aprovechar al máximo el rendimiento dentro del ciclo rankine.

Se ha estimado una radiación normal directa máxima para la zona, como la que pudiera darse en un día claro, y a partir de la energía sobrante fuera de las horas donde hay radiación solar se ha calculado la energía térmica máxima que la planta es capaz de almacenar.

Se han aplicado las mismas fórmulas empleadas para el cálculo de la producción eléctrica estimada. Se ha elegido el ángulo de incidencia mas beneficioso de todo el año, es decir el solsticio de verano, el 21 de junio, cuando la tierra toma su máxima inclinación respecto al plano del movimiento de traslación (declinación = 23,5º).

Para el cálculo de la energía térmica almacenada lo que se ha hecho es calcular las horas que trabaja la turbina cuando se tiene suficientemente energía aportada por el campo de colectores para que empiece a trabajar el ciclo de potencia, hasta que la radiación solar que llega a los colectores esté por debajo de la máxima admisible por la turbina, en este momento empieza la descarga del almacenamiento de sales.

Entonces, conociendo la producción térmica del campo de colectores, y sabiendo el número de horas que trabaja la turbina cuando se tiene radiación solar, sin tener en cuenta el arranque de la planta (básicamente es un proceso de recirculación de aceite a través del campo de colectores hasta obtener la temperatura de salida diseñada), se puede obtener la energía térmica para almacenamiento aplicando la siguiente fórmula.

Ea = Etotal - (nhoras,sinalmacenamiento x Eturbina,hora)

Donde:

Ea: Energía destinada al almacenamiento (MWht).
nhoras,sinalmacenamiento: Número de horas sin almacenamiento (horas). Aprox 12,5 horas
Eturbina,hora: Energía térmica necesaria que necesita la turbina para estar funcionando durante una hora a su mayor rendimiento (MWht). Aprox 140,84 MWt
ETotal: Energía obtenida, a lo largo del día, absorbida por el campo de colectores (MWht)


Como las horas de funcionamiento de la turbina para esta radiación de diseño son de 22,65 horas, restándole las horas que trabaja la turbina sin almacenamiento (12,5) quedan destinadas para el almacenamiento 10,15 horas.

Las sales fundidas utilizadas para las plantas solares termoeléctricas se conocen como sales solares cuya composición es 60% de nitrato de sodio y un 40% de nitrato potásico, una mezcla eutéctica cuyo punto de fusión esta a 223 ºC, como la salida del tanque caliente esta a 386 ºC, para seguir manteniendo un alto rendimiento en el ciclo de potencia, el salto de temperatura que ha de transferirse al fluido calor portador es de aproximadamente 98 ºC para que pueda transferir la energía necesaria al ciclo de vapor, con lo que el tanque frío se mantendrá a una temperatura de 288 ºC, lo que significa que estamos trabajando por encima del punto de fusión, no obstante ni hay ningún peligro para el cambio de estado de líquido a gaseoso pues se necesita una temperatura por encima de los 600 ºC.

La densidad esta fijada en 1899 kg/m3 y el calor específico de 1.45 kJ/(kg-k) con una relación de las toneladas necesarias de sales para almacenar un 1 MWht de 27,22 (Tn/MWht) a las temperaturas de diseño.

Multiplicando la energía de almacenamiento por la relación de masa y energía se obtiene la cantidad de sales necesarias para cubrir la demanda establecida.

Msales = Ea x Rm,e

Donde:

Msales: La masa de sales del almacenamiento térmico (Ton)
Ea: Energía del almacenamiento térmico (MWht)
Rm,e: La relación masa energía (Tn/MWht).

Puesto que la densidad del fluido de almacenamiento tiene distinta densidad a distintas temperaturas, los dos tanques de almacenamiento no van a tener el mismo volumen, por tanto se calcularan por separado, bastará con dividir las toneladas de sales de las que se dispone entre la densidad del fluido a las temperaturas del tanque según la siguiente fórmula.

Vsales = Msales / dsales(288ºC)

Donde:

dsales: Densidad de las sales
dsales,frio(288ºC) = 1898,76 kg/m3
dsales,caliente(288ºC) = 1855,43 kg/m3

Para mantener las temperaturas adecuadas y compensar las pérdidas que se producen en el tanque, un descenso de la temperatura de varios grados centígrados (aprox. 5ºC), han de instalarse dentro de los tanques unos calentadores que aportan energía a través de las pérdidas por efecto Joule (P=I•R2), estas resistencias ocupan un volumen aproximado del orden del 8% respecto al volumen de sales, con lo que los tanques tendrán que tener un valor de:

Vtanque,frio = Vsales,frio + (Vsales,frio x 0,08)
Vtanque,caliente = Vsales,caliente + (Vsales,caliente x 0,08)

Son los valores mínimos que han de tener los tanques de almacenamiento para asegurar una carga térmica de 1429,62 MWht.

Las alturas de ambos tanques son iguales, por lo que variara de uno a otro únicamente los diámetros, los tanques propuestos poseen unas dimensiones de 16 metros de altura y 42 metros de diámetro para el tanque frío y 16 metros de altura y 42,5 metros de diámetro para el tanque caliente, respectivamente, con lo que cumplen con las expectativas del diseño.

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50 millones de años despues ...

Muchísimas gracias!!!!

Veo que eres todo un experto en el tema, no? jeje.
De hecho, ahora el problema que me surje es que no me acabo de aclarar para calcular la energía total obtenida.

Básicamente porque mis cálculos de las radiaciones (Censol 5.0) y las horas equivalentes no tienen nada que ver con los resultados que he podido ver que obtiene otra gente por internet (a mi me salen unas 2100 horas eq/año y hay gente que en la misma provincia tiene 3100!!!!)

Tenéis alguno idea de cómo calcularlo????

Un saludo

PD. Molo mil, si sabes de algún libro, página de internet, o en general, sitio donde pueda encontrar ejemplos, porfa, no me la dirías????

Muchas gracias!!

Buen trabajo; molo mil: Lo que no comprendo es esto del almacenamiento térmico. Por qué no se vierte en la red electrica la energía solar recibida en cada instante??.Si existe apoyo térmico por medio de Gas Natural ,por ejemplo,¿Por qué no se utiliza una turbina de gas aprovechando los gases de escape para generar vapor y alimentar la turbina?. Esto de almacenar la energía cuando mas lo necesita la red ,no acabo de comprenderlo.
Saludos

Por lo que yo entinedo, almacena para producir cuando no hay sol, de esta manera tienes producción contínua, que para una central termoeléctrica es conveniente, ya que si no estaría arrancando y parando cada dos por tres, en función de la radiación.

Desde ese punto de vista estoy de acuerdo; xavimarin.¿Pero que ocurre si las previsiones no se cumplen y la demanda térmica no se cubre por falta de radiación solar?. Una vez que se instala una determinada potencia ,esta ,deberá tener un grupo de apoyo ,como puede ser una turbina de gas. Se contabiliza la energía solar productiva para las subvenciones y el resto se paga al precio de mercado.

Hola a todos!
Ergio, yo creo que lo que se pone normalmente es una caldera normal y corriente para producir vapor para la turbina. Es bastante más económico y está permitido para conseguir las subvenciones, siempre y cuando no se supere el 15% de la producción de energía con consumo de combustibles fósiles

Lo entiendo Claudieta; Yo no estoy muy al corriente de esta nueva época en cuanto a las energías renovables se refiere. No sé que mecanismos de control se llevan a cabo para "controlar" el uso de la energía fósil. Me imagino que todo estara bien resuelto y no aparezca la picaresca.

Claudieta, debes calcular la DNI (Radiación normal directa) es por eso que no te salen las mismas horas equivalentes. Busca en los foros, recuerdo un post donde se decía como calcularla.

Volviendo al almacenamiento, no os lieis, la caldera de gas natural no se puede usar para mejorar el ciclo de rankine y el rendimiento de la turbina, sí para mantener la temperatura del Therminol, puesto que a menos de 12 ºC se solidifica y reventaría los tubos. Lo suyo es que no baje de 100 ºC.

El almacenamiento sirve, como su propio nombre indica, para almacenar energía durante el día (para ello hay que sobredimensionar el campo de colectores) y usarla cuando no hay radiación o en días de muy poco sol y como bien dice xavimarin hay que evitar a toda costa el arranque-parada de la turbina que es muy perjudicial. Cuanto más se enfríe la turbina peor.

Un saludo a todos y aquí estoy para lo que querais, lo único es mi falta de tiempo para contestar en condiciones.

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50 millones de años despues ...

Hola molo mil; Para mantener los tubos captadores a una temperatura de 100º C durante 12 horas ,con temperaturas exteriores de 0º C, incluso temperaturas de signo negativo ¿ Cuanta energía se pierde?. ¿ Es racional emitir esa radiación térmica a los alrededores?. Solo son preguntas. Disculpa si estoy metiendo la pata.