Desarrollo de un modelo para el análisis de sistemas de plantas solares termoeléctricas de colectores cilindro-parabólicos: aplicación a España

i Equa ion Chap e 1 Sec ion 1 T abajo Fin de G ado G ado en Ingenie ía Química Desa ollo de un modelo pa a el análisis de sis emas de plan as sola es e moeléc icas de colec o es cilind o-pa abólicos: Aplicación a España Au o : Daniel Peñal e Pichaco Tu o : Ped o Ga cía Ha o Dp o. Ingenie ía Química y Ambien al Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía Uni e sidad de Se illa Se illa, 2018 ii ii iii iii T abajo Fin de G ado G ado en Ingenie ía Química Desa ollo de un modelo pa a el análisis de sis emas de plan as sola es e moeléc icas de colec o es cilind o-pa abólicos: Aplicación a España Au o : Daniel Peñal e Pichaco Tu o : Ped o Ga cía Ha o In es igado Pos doc o al Dep o. de Ingenie ía Química y Ambien al Escuela Técnica Supe io de Ingenie ía Uni e sidad de Se illa Se illa, 2018 i i T abajo Fin de G ado: Desa ollo de un modelo pa a el análisis de sis emas de plan as sola es e moeléc icas de colec o es cilind o-pa abólicos: Aplicación a España Au o : Daniel Peñal e Pichaco Tu o : Ped o Ga cía Ha o El ibunal nomb ado pa a juzga el P oyec o a iba indicado, compues o po los siguien es miemb os: P esiden e: Vocales: Sec e a io: Acue dan o o ga le la cali icación de: Se illa, 2018 El sec e a io del T ibunal i i ii ii Ag adecimien os A mi amilia, mis abuelos, mi pad e, mi mad e y mi he mana, po odo el iempo que han dedicado a escucha los buenos y ambién los malos ela os que, du an e cinco años de ca e a, han acon ecido en es a e apa de mi ida. Po supues o, a mis compañe os de clase que, más que en amigos, se han con e ido en una segunda amilia du an e es e du o y boni o ayec o que hemos eco ido jun os con sus más y sus menos. Muchas g acias, de co azón. Y, po úl imo, me gus a ía ag adece a odos los p o eso es que me han ayudado a mejo a , en especial a mi u o , Ped o G. Ha o, que desde el p incipio con ió en mí pa a es e ambicioso p oyec o de in es igación. A mi mo o, po lle a me y ae me odos los días a la escuela. Daniel Peñal e Pichaco Se illa, 2018 iii iii ix ix Resumen España se encuen a en un pe iodo de ansición ene gé ica donde la ene gía de concen ación sola (plan as sola es e moeléc icas) ep esen a una opo unidad única po azones de disponibilidad del ecu so ( adiación sola ) y desa ollo ecnológico (España es líde mundial en el desa ollo e implemen ación de es a ecnología). En es e abajo se desa olla un modelo del compo amien o de una plan a sola e moeléc ica (plan a e mosola ) pa a la ecnología de colec o cilind o-pa abólico ( ecnología más ex endida en España). Es e modelo se ha ex endido pos e io men e pa a un es udio de sis emas pa a analiza la pene ación de nue as plan as e mosola es en la ed eléc ica (cobe u a de demanda, cu ailmen y necesidades de backup) en unción de la capacidad ins alada (núme o de plan as y po encia nominal), su localización y capacidad de almacenamien o de ene gía é mica. En el desa ollo del modelo ha sido c ucial el cálculo de la adiación di ec a no mal (DNI) que es dependien e de la localización de las plan as e mosola es. El modelo se ha aplicado a los da os de demanda y adiación sola en España peninsula co espondien es al año 2016. Los esul ados mues an que, con la po encia ins alada, la dis ibución de las plan as po el e i o io peninsula y las ho as nominales de almacenamien o analizados no se alcanza una solución que haga que la ecnología de concen ación e mosola desplace comple amen e a las ecnologías que usan combus ibles ósiles. También mues a que el óp imo de ho as nominales de almacenamien o se p oduce cuando el descenso de la necesidad de backup decae linealmen e que es en e 9 y 12 ho as nominales. No obs an e, los esul ados ob enidos son u os del uso de un es udio conse ado , ya que no se ap o echa los picos al os de cu ailmen pa a ca ga el almacenamien o é mico. x i x i x ii x ii ÍNDICE DE FIGURAS Figu a 1. Ra io de emisión de gases de e ec o in e nade o po unidad ene gé ica [10]. 3 Figu a 2. Va iación dia ia de la ene gía ecibida del sol (azul), la ene gía eléc ica gene ada ( e de) y el p ecio de la elec icidad ( ojo) que es di ec amen e p opo cional a la demanda de es a [2]. 4 Figu a 3. Esquema de los ipos de adiación que puede ecibi un sis ema de cap ación [4]. 5 Figu a 4. Media anual de la i adiación di ec a no mal (DNI) en el mundo [5]. 5 Figu a 5. Cin u ón sola donde la DNI es su icien e pa a la ins alación de una plan a de concen ación sola [6]. 6 Figu a 6. Radiación di ec a no mal media de junio desde 1983 has a 2005. Se ap ecia a la de echa la ho izon al que ma ca la la i ud 40ºN, el lími e supe io del Sunbel [7]. 6 Figu a 7. Rep esen ación esquemá ica de las dis in as ecnologías de concen ación sola [8]. 7 Figu a 8. Dos discos pa abólicos eales con mo o S i ling, Raúl Ál a ez (Xa aca). 8 Figu a 9. Colec o lineal F esnel, Pla a o ma Sola de Alme ía, Fe os aal. 8 Figu a 10. Sis emas de o e cen al, a la izquie da la PS20 y a la de echa la PS10, en medio una o e expe imen al, Abengoa en Sanlúca la Mayo , Se illa (Abengoa Sola ). 9 Figu a 11. Colec o cilind o-pa abólico, Solno a, Sanlúca la Mayo , Se illa (Abengoa Sola ). 9 Figu a 12. G á ica que ep esen a en ojo la po encia gene ada y en azul la ene gía almacenada en un día de e ano [11]. 10 Figu a 13. Tanques de sales undidas en una plan a eal [13]. 13 Figu a 14. P opiedades del Dow he m A, luido é mico usado en las plan as de CCP [15]. 16 Figu a 15. G á ico de la dis ibución de po encia eléc ica ins alada po ecnología [14]. 15 Figu a 16. Esquema de una plan a CSP con colec o es cilind o-pa abólicos con apoyo de gas na u al y almacenamien o é mico en sales undidas [15]. 16 Figu a 17. P opiedades del Dow he m A, acei e sin é ico usado como luido é mico usado en las plan as de CCP [16]. 16 Figu a 18. Bloque de po encia básico en una plan a e mosola de CCP [17]. 17 Figu a 19. Ejemplo de la in e az del modelo p elimina dia io cuando se a ía la po encia nominal (75 MWe) espec o al caso base (50 MWe). 19 Figu a 20. Compa ación de es días de ab il de la cu a de demanda (neg o), la cu a de p oducción a pa i de la sola é mica (na anja) y dicha p oducción escalada 25 eces la p oducción eal (azul) [20]. 20 Figu a 21. Localización de las plan as e mo sola es en ope ación en España en ojo y la localización elegida en e de [14]. 21 Figu a 22. Compa ación de los da os de gene ación e mosola y o o ol aica (escalada a la po encia eléc ica ins alada de e mosola : 2303,9 MWe) pa a el año 2016. 22 Figu a 23. Rep esen ación de los a ios, o o ol aico y é mico a lo la go del año 2016. 23 Figu a 24. Localización de las plan as e mosola es (azul) y la ubicación de la seis es aciones de medición elegidas ( ojo). 24 Figu a 25. Di isión del e i o io peninsula en seis zonas di e en es. 25 x iii x iii Figu a 26. Compa ación de los a ios R1 en azul (Sanlúca la Mayo ) y R2 en na anja (Ma molejo) de un día al aza : el 9 de ma zo. 26 Figu a 27. Compa ación de los a ios R1 (en azul) y R2 (en na anja) con el lími e de ole ancia impues o pa a el día 9 de ma zo. 27 Figu a 28. Compa ación de los a ios R1 (en azul) y R2 (en na anja) del día 22 de sep iemb e. 27 Figu a 29. Rep esen ación del ángulo ceni al (θz ) en e los demás ángulos sola es [23]. 28 Figu a 30. Rep esen ación del ángulo sola los días 9 de ma zo y 28 de junio pa a dos localizaciones: Sanlúca la Mayo (SLM) y Ma molejo (MAR). 29 Figu a 31. Esquema de la plan a de CCP modelo que se usa en la simulación [19]. 31 Figu a 32. E ec o en la po encia eléc ica gene ada con la a iación de la longi ud pasi a man eniendo cons an e la longi ud ac i a. 32 Figu a 33. Esquema del bloque de po encia con la nomencla u a usada pa a las empe a u as. 33 Figu a 34. Va iación del núme o de lazos con las ho as de almacenamien o nominales de la plan a. 35 Figu a 35. Rep esen ación de las co elaciones ob enidas de po encia s. adiación di ec a. 36 Figu a 36. Rep esen ación de la dependencia en e la DNI y el núme o de lazos necesa ios pa a p oduci los 50 MWe de po encia nominal. 37 Figu a 37. Va iación del endimien o del ciclo con la po encia nominal. 37 Figu a 38. Ejemplo de la pan alla de Excel® en la que se in oducen las es icciones ( esal adas en colo ). 38 Figu a 39. Rep esen ación del compo amien o del modelo usando la DNI calculada (azul solo campo sola y na anja campo sola y almacenamien o) compa ado con el compo amien o eal ( e de). 41 Figu a 40. Rep esen ación del compo amien o del modelo usando la RG eal (azul solo campo sola y na anja campo sola y almacenamien o) compa ado con el compo amien o eal ( e de). 42 Figu a 41. Rep esen ación del compo amien o del modelo usando la RG eal (azul y na anja) compa ado con el compo amien o eal ( e de) aplicando un coe icien e de co ección p opo cional. 43 Figu a 42. Demanda a cub i po las plan as e mosola es as habe le es ado las uen es de gene ación eno ables [20]. 45 Figu a 43. Cu a del po cen aje del cu ailmen espec o a la ene gía anual p oducida po el campo sola y el almacenamien o (na anja) y del gas na u al espec o a la ene gía o al p oducida po la plan a (azul) del Escena io 1. 48 Figu a 44. Cu a del po cen aje del cu ailmen espec o a la ene gía anual p oducida po el campo sola y el almacenamien o (na anja) y del gas na u al espec o a la ene gía o al p oducida po la plan a (azul) del Escena io 2. 49 Figu a 45. Cu a del po cen aje del cu ailmen espec o a la ene gía anual p oducida po el campo sola y el almacenamien o (na anja) y del gas na u al espec o a la ene gía o al p oducida po la plan a (azul) del Escena io 3. 50 Figu a 46. Cu a del po cen aje del cu ailmen espec o a la ene gía anual p oducida po el campo sola y el almacenamien o (na anja) y del gas na u al espec o a la ene gía o al p oducida po la plan a (azul) del Escena io 4. 51 Figu a 47. Cu a del po cen aje del cu ailmen espec o a la ene gía anual p oducida po el campo sola y el almacenamien o (na anja) y del gas na u al espec o a la ene gía o al p oducida po la plan a (azul) del Escena io 5. 52 Figu a 48. Cu a del po cen aje del cu ailmen espec o a la ene gía anual p oducida po el campo sola y el almacenamien o (na anja) y del gas na u al espec o a la ene gía o al p oducida po la plan a (azul) del Escena io 6. 53 xix xix Figu a 49. Cu a del po cen aje del cu ailmen espec o a la ene gía anual p oducida po el campo sola y el almacenamien o (na anja) y del gas na u al espec o a la ene gía o al p oducida po la plan a (azul) del Escena io 7. 54 Figu a 50. Cu a del po cen aje del cu ailmen espec o a la ene gía anual p oducida po el campo sola y el almacenamien o (na anja) y del gas na u al espec o a la ene gía o al p oducida po la plan a (azul) del Escena io 8. 55 Figu a 51. Cu a del po cen aje del cu ailmen espec o a la ene gía anual p oducida po el campo sola y el almacenamien o (na anja) y del gas na u al espec o a la ene gía o al p oducida po la plan a (azul) del Escena io 9. 56 Figu a 52. Cu a del po cen aje del cu ailmen espec o a la ene gía anual p oducida po el campo sola y el almacenamien o (na anja) y del gas na u al espec o a la ene gía o al p oducida po la plan a (azul) del Escena io 10 57 Figu a I.1. Dependencia del calo especí ico de la sal sola con la empe a u a [20]. 63 Figu a I.2. Dependencia de la densidad de la sal sola con la empe a u a [20]. 64 Figu a II.1. Rep esen ación de la p oducción ene gé ica (MWh) solo con el apo e ene gé ico del campo sola del día 16 de agos o. 66 Figu a II.2. Compo amien o de la plan a en la si uación inicial. En ama illo, la cu a de los da os de pa ida, en na anja la cu a del modelo con almacenamien o y en azul la cu a del modelo sin almacenamien o. 67 Figu a II.3. Si uación en la que se a ía la po encia nominal de la plan a espec o a la si uación inicial. 68 Figu a II.4. Si uación en la que se a ía la a iable del Clima espec o a la si uación inicial. 69 Figu a II.5. Si uación en la que se a ía el ac o de po encia espec o a la si uación inicial. 70 Figu a II.6. Si uación en la que se a ía el ac o de almacenamien o espec o a la si uación inicial. 71 Figu a II.7. Si uación en la que se a ía la masa de sales, es deci , las ho as nominales de almacenamien o espec o a la si uación inicial. 72 Figu a II.8. Cálculo de la ene gía que debe apo a el gas na u al espec o a la si uación inicial. 74 Figu a II.9. Rep esen ación del po cen aje de la ene gía o al que iene que apo a el gas na u al con di e en es ene gías obje i o en las dos anjas de es udio, día y noche. 75 xx xx xxi xxi No ación GHG G eenHouse Gases, gases e ec o in e nade o CSP Concen a ed Sola Powe , po encia a pa i de e mo sola CCP Colec o es cilind o-pa abólicos DNI Di ec No mal I adiance, adiación di ec a no mal HTF Hea T ans e Fluid, luido é mico o luido calopo ado . PCM Phase Change Ma e ials, ma e iales de cambio de ase 𝑆𝑇𝑖 Gene ación eléc ica a pa i de e mosola 𝑆𝑃𝑉𝑖 Gene ación eléc ica a pa i de o o ol aica 𝐶𝑆𝑃𝑖 Gene ación eléc ica a pa i de la DNI 𝐴𝑖 Gene ación eléc ica a pa i de almacenamien o 𝐺𝑁𝑖 Gene ación eléc ica a pa i del gas na u al 𝐼𝐶𝑆𝑃𝑉 Capacidad eléc ica ins alada de ene gía o o ol aica 𝐼𝐶𝑆𝑇 Capacidad eléc ica ins alada de ene gía e mosola RG Radiación global R1 Ra io de DNI/RG con los da os de Sanlúca la Mayo R2 Ra io de DNI/RG con los da os de Ma molejo 𝑖 Indicado de ho as del año z Indicado de la plan a co espondien e 𝑙𝑎𝑧𝑜𝑠(𝑧,1) Núme o de lazos nominales de la plan a 𝑃𝑛𝑜𝑚 Po encia nominal de la plan a 𝐹𝑙𝑎𝑧𝑜𝑠(𝑧,1) Función que calcula el núme o de lazos según las ho as nominales de almacenamien o 𝑉𝐷𝑃(𝑧,1) Va iación del endimien o del ciclo espec o al endimien o de diseño (39%) 𝐻𝑛𝑜𝑚 Ho as nominales de almacenamien o 𝐷𝑁𝐼(𝑖,𝑧) Radiación ecibida po ho a y po plan a 𝐷𝑁𝐼𝑚í𝑛 Radiación mínima de ope ación (común pa a odas las plan as) 𝐶𝑆𝑃(𝑖,𝑧) P oducción desde el campo sola y el almacenamien o po ho a y po plan a 𝐻𝑐(𝑖,𝑧) Ho as de ca ga (a po encia nominal) del almacenamien o 𝑊82 Co elación de po encia-DNI pa a una plan a con 82 lazos 𝑊95 Co elación de po encia-DNI pa a una plan a con 95 lazos xxii xxii 𝑙𝑎𝑧𝑜𝑠𝑃(𝑖,𝑧) P opo ción de los lazos nominales des inados a la p oducción de po encia 𝑙𝑎𝑧𝑜𝑠𝐴(𝑖,𝑧) P opo ción de los lazos nominales des inados a la ca ga del almacenamien o 𝐷𝑁𝐼(𝑛𝑙𝑎𝑧𝑜𝑠) Relación en e DNI-lazos pa a p oduci la po encia nominal 𝑛𝑙𝑎𝑧𝑜𝑠(𝐷𝑁𝐼) Relación lazos-DNI pa a p oduci la po encia nominal 𝐻𝑟(𝑖,𝑧) Ho as eales acumuladas (a po encia nominal) de las que dispone el almacenamien o 𝐻𝑐(𝑖,𝑧) Ho as de ca ga pun uales a po encia nominal del almacenamien o 𝐻𝑑(𝑖,𝑧) Ho as de desca ga pun uales a po encia nominal del almacenamien o en esa ho a 𝑓𝑚𝑖 Fac o de po encia mínima en in ie no 𝑓𝑚𝑣 Fac o de po encia mínima en e ano 1 1 OBJETIVOS Y ALCANCE El abajo iene dos pa es: la p ime a pa e iene como obje i o c ea un modelo pa a simula el compo amien o de una o de un conjun o de plan as de concen ación e mosola ( ecnología de colec o es cilind o-pa abólicos), conociendo el ipo de ecnología de concen ación sola , la po encia nominal, las ho as nominales de almacenamien o y la localización de cada una. El obje i o de la segunda pa e es e alua dis in os escena ios usando el modelo ma emá ico c eado pa a e cómo in lui ía el aumen o de la capacidad eléc ica ins alada de plan as e mosola es en el e i o io peninsula de España y cómo a ec a ía la a iación de la capacidad de almacenamien o en el mismo sis ema. Pa a llega a cumpli esos obje i os gene ales, hay que cumpli dos obje i os especí icos: • Conoce la adiación sola inciden e en cada localización de la(s) plan a(s). • Conoce la elación en e la po encia eléc ica que suminis a la plan a (con esolución ho a ia) y la adiación sola que le llega a la plan a, eniendo en cuen a las pa icula idades de la ecnología de colec o es cilind o-pa abólicos. El alcance de es e p oyec o es á limi ado a los da os de adiación sola y gene ación/demanda eléc ica ho a ios del año 2016 en España. También es á limi ado po la al a de in o mación disponible sob e el compo amien o de las plan as al a ia sus pa áme os de diseño. Se han hecho a ias simpli icaciones como: es ablece zonas geog á icas (localizaciones) en las que la adiación sola se conside a homogénea y que la gene ación eléc ica de o as uen es eno ables no se e a ec ada po un hipo é i o aumen o de la capacidad e mosola en España y que las uen es no eno ables pueden se excluidas sin es icciones del sis ema. Es e p oyec o ha sido ealizado en el ma co de las in es igaciones del g upo de Bioene gía del Depa amen o de Ingenie ía Química y Ambien al de la ETS de Ingenie ía de Se illa en colabo ación con el Ene gy Sys ems Analysis G oup (ESAG) de la Uni e sidad de P ince on (EEUU). 2 2 3 3 2 INTRODUCCIÓN El sis ema ene gé ico mundial sigue es ando basado en el uso de combus ibles ósiles (como son el ca bón, el uel oil, el gas na u al, u anio e c.) ya que oda ía suponen una ma e ia p ima abundan e, (aunque exis a una disminución de las ese as es imadas a medio y la go plazo). Las ecnologías empleadas pa a la con e sión de la ene gía química/nuclea de los combus ibles ósiles en elec icidad (pasando po asn o maciones de ene ía é mica y mecánica) es án ampliamen e consolidadas. Excep o la ene gía nuclea , no exis en ecnologías come ciales capaces de e i a emisiones de gases de e ec o in e nade o (GHG po sus siglas en inglés). Los desa ollos como la cap u a y secues o geológico de 𝐶𝑂2 (CCS po sus siglas en inglés) no han sido uc í e os has a la echa. La con eniencia de no depende de un ecu so limi ado y la búsqueda de una d ás ica educción de las emisiones de GHG han ido p o ocado una endencia e olu i a del sis ema ene gé ico hacia las ene gías p o enien es de uen es eno ables que, aunque no p esen en una e iciencia eléc ica mayo a las de uen es ósiles, no ienen una asa ele ada de emisión de GHG y el ecu so que usa es ilimi ado [1]. En la Figu a 1, se mues a la emisión de GHG medidos en g amos de 𝐶𝑂2 equi alen e po unidad de ene gía p oducida pa a las ecnologías de p oducción de ene gía eléc ica con encionales y eno ables. Figu a 1. Emisiones de gases de e ec o in e nade o po unidad elé ica p oducida [10]. El CO2 equi alen e es una unidad es ánda que mide el g ado de e ec o in e nade o de cualquie gas compa ándolo con el dióxido de ca bono, pa a c ea una medida compa able pa a odos los gases. En la Figu a 1 se puede obse a que el ciclo combinado de gas na u as es la ecnología que usa una uen e ósil que menos emisiones iene (391 𝑔 (𝐶𝑂2 𝑒𝑞)/𝑘𝑊ℎ) y, de las que usan uen es eno ables, la que más emisiones iene son las ins alaciones indus iales de paneles o o ol aicos (109 𝑔 (𝐶𝑂2 𝑒𝑞)/𝑘𝑊ℎ). Pe o hay casos en los que esa di e encia es de dos ó denes de magni ud como en e la combus ión de ca bón ligní ico (818 𝑔) y la eólica o -sho e ( ue a de la cos a) que iene una emisión de (8 𝑔). La des en aja p incipal de las ecnologías que usan uen es eno ables es el ca ác e in e mi en e de la misma, es deci , no se puede es a p oduciendo ene gía eléc ica con o me a la demanda po que la uen e eno able no es cons an e. Po ejemplo, en la uen e hid áulica, la p oducción depende de la llu ia, la eólica de la elocidad del ien o y la sola de la p esencia del sol que es a iable a i mo dia io (día y noche) y a iempo eal (minu os e incluso segundos) según los in e alos nubosos, la can idad de pa ículas en suspensión que haya en la a mós e a, e c. [10]. En es e p oyec o se ha apos ado po la ene gía sola , un ecu so que po encialmen e pod ía cub i la o alidad de la demanda de ene gía p ima ia en el mundo. En pa icula se ha apos ado po la ene gía sola e moeléc ica ( e mosola ) y no la o o ol aica debido a que la ene gía e mosola iene la capacidad de con a con un espaldo ene gé ico (un almacenamien o de ene gía é mica) capaz de desacopla la p oducción ene gé ica de la uen e sola , po lo que es capaz de ajus a la p oducción a la demanda sin necesidad de sis emas de almacenamien o de ene gía eléc ica (Figu a 2). 10 10 ene gía pa a que se gene e po encia ce ca del pun o nominal. Es un buen ejemplo de cómo la plan a CSP (de colec o es cilind o-pa abólicos en es e caso) es capaz de gene a ene gía eléc ica de o ma desacoplada de la adiación sola . Cla o que eso es un día de e ano, es deci es á uncionando pa a las condiciones de diseño. En in ie no o cuando la adiación sea insu icien e el almacenamien o no se á capaz de ca ga se pa a cede ene gía pos e io men e. Figu a 12. G á ica que ep esen a en ojo la po encia gene ada y en azul la ene gía almacenada en un día de e ano [11]. 2.3.1 Almacenamien o de calo en eacciones químicas La adiación sola apo a el calo necesa io pa a que se p oduzcan de e minadas eacciones endo é micas, e e sibles y cuyos p oduc os sean es ables en el iempo y que su almacenamien o sea sencillo ( ípicamen e, e i a la o mación de gases). De es e modo se consigue que, al necesi a la ene gía almacenada, la eacción e e sible se lle e a cabo de un modo sencillo y se pueda ap o echa al máximo el calo libe ado. Es e mé odo p esen a una densidad ene gé ica muy ele ada, es deci , con poco olumen de ma e ial de almacenamien o se puede almacena mucha ene gía. Sin emba go, es e mé odo p esen a dos des en ajas que hace que su uso come cial sea complicado: po un lado, la mayo ía de las eacciones que se pueden usa pa a almacena el calo libe an gases que deben se comp imidos y almacenados en g andes depósi os. Po o o lado, los ma e iales usados ( eac i os y p oduc os de la eacción) suelen ene una baja conduc i idad é mica po lo que la ca ga y la desca ga del almacenamien o se lle a ía a cabo de una o ma muy len a. En la Tabla 1 se mues an las dis in as eacciones e e sibles que se pod ían usa pa a el almacenamien o de calo . 11 11 Tabla 1. Lis ado de las posibles eacciones pa almacena calo de o ma química [12]. Reacción 𝑻𝒆𝒒(𝟏 𝒂𝒕𝒎) ºC ∆𝑯(𝑻𝒆𝒒)𝒌𝑱 𝒌𝒈* 𝑀𝑛2𝑂3↔2𝑀𝑛𝑂+ 1 2𝑂2 1586 1237 6𝑀𝑛2𝑂3↔4𝑀𝑛3𝑂4+𝑂2 906 185 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2↔𝐶𝑎𝑂+𝐻2𝑂** 479 1288 𝑀𝑔(𝑂𝐻)2↔𝑀𝑔𝑂+𝐻2𝑂 259 1396 𝐶𝑎𝐶𝑂3+𝐻2𝑂 ↔ 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2+𝐶𝑂2 573 137 𝐶𝑎𝐶𝑂3↔𝐶𝑎𝑂+𝐶𝑂2 839 1703 𝑀𝑔𝐶𝑂3↔𝑀𝑔𝑂+𝐶𝑂2 490 868 2𝐶𝑜3𝑂4↔6𝐶𝑜𝑂+𝑂2 870 844 𝐶𝑎𝑀𝑔(𝐶𝑂3)2↔𝑀𝑔𝑂+𝐶𝑎𝑂+2𝐶𝑂2 490 868 * La en alpía es á omada en e e encia al p ime eac i o que apa ece en cada eacción **Calcium looping La eacción que más se es á es udiando pa a almacena calo de o ma in eg ada en una plan a CSP es la hid a ación y deshid a ación del óxido de calcio y el hid óxido de calcio en un ciclo llamado Calcium looping. Se elige es a eacción po p esen a una empe a u a den o del ango de ope ación de las plan as e mosola es (479 ºC), ene una al a densidad ene gé ica, es deci , una ele ada en alpía de eacción (1288 kJ/kg), y que el eac i o/p oduc o que se o ma es agua, es deci , ba a a y ácil de maneja . 2.3.2 Almacenamien o en o ma de calo la en e Almacena calo en o ma la en e es una mane a ísica de almacena ene gía é mica que consis e en hace que un ma e ial cambie de ase. Po ejemplo, que el agua líquida en su pun o de sa u ación pase a apo en su pun o de sa u ación ambién. No obs an e, es e es solo un ejemplo que no se e ía aplicado al ámbi o come cial ya que lo que se busca con es e mé odo es la ele ada densidad ene gé ica que pe mi a educi el olumen del almacenamien o y, si el cambio de ase se lle a a cabo de es ado líquido a gas, el gas equie e g andes anques de almacenamien o. Po es o, el es udio de es e mé odo de almacenamien o se ha cen ado en busca unos ma e iales de cambio de ase (PCM) cuya ansición sea de es ado sólido a líquido, en la cual el aumen o de olumen especí ico es meno . Los PCM deben ene unas de e minadas p opiedades ísicas y químicas pa a que cumplan los equisi os necesa ios pa a pode in eg a los en las plan as CSP, algunas de ellas son: que la empe a u a del cambio de ase se ajus e a la empe a u a de ope ación, la en alpía de usión sea lo más ele ada posible, la conduc i idad é mica sea ele ada pa a una ápida ca ga y desca ga, deben ene una densidad al a, deben ene es abilidad química, las ases deben coexis i jun as, no se pueden sepa a y que no sean co osi os o eac i os con los ma e iales de los anques y ambién que el g ado de supe en iamien o sea lo más bajo posible o nulo. El g ado de supe en iamien o o sub usión es un enómeno ísico po el cual el PCM se encuen a en es ado líquido po debajo de su empe a u a de solidi icación debido a la al a de agen es de nucleación o la baja elocidad de c is alización. Cuan o mayo sea la complejidad de c is alización del PCM usado mayo iesgo hab á de la p esencia de un g ado de supe en iamien o mayo . El supe en iamien o es un p oblema po que en ese es ado no es posible ecupe a la ene gía co espondien e al calo la en e ya que disminuye la empe a u a 12 12 sin llega a c is aliza y a libe a la ene gía del cambio de ase. De es e modo, es a ía ac uando como almacenamien o de calo sensible, no la en e. Sin emba go, la densidad ene gé ica que p esen an los PCM es solo 10 eces meno a la o ma química de almacenamien o y 10 eces mayo a la de almacena el calo sensible, po lo que se ía una buena solución al p oblema de la capacidad de almacenamien o si se eseul en las es icciones del supe en iamien o y el modo de in eg ación en la plan a e mosola [12]. En la Tabla 2 se mues an a ios posibles PCM. Tabla 2. Lis ado de posibles PCM pa a su uso en plan as e mosola es [13]. Compues o 𝑻𝒇 (𝟎𝑪 Calo la en e (𝒌𝑱 𝒌𝒈) Densidad ene gé ica (𝑴𝑱 𝒎𝟑)* 𝒁𝒏𝑪𝒍𝟐 280 75 218,03 𝑵𝒂𝑵𝑶𝟑 308 199 449,14 𝑵𝒂𝑶𝑯 318 165 346,50 𝑲𝑵𝑶𝟑 336 116 244,76 𝑵𝒂𝑪𝒍−𝑲𝑪𝒍 (58-42%p) 360 119 248,04 𝑲𝑶𝑯 380 150 305,99 𝑴𝒈𝑪𝒍𝟐−𝑵𝒂𝑪𝒍 (38,5-61,5%p) 435 351 870,48 𝑵𝒂𝑪𝒍 800 492 1062,72 * Densidad exp esada en es ado líquido 2.3.3 Almacenamien o en o ma de calo sensible Es o a o ma ísica de almacena el calo ya que no in e ienen eacciones químicas. Es a o ma de almacena calo se basa en aumen a la empe a u a de un ma e ial, que enga un calo especí ico lo más al o posible, sin p o oca su cambio de ase. Es la o ma de almacena ene gía más ex endida a ni el come cial po que es la ecnología más asen ada, aunque la densidad ene gé ica es 100 eces meno que la densidad ene gé ica de almacena el calo usando eacciones químicas. Se usan dos ma e iales di e en es pa a almacena calo de o ma sensible: el apo de agua y las sales undidas. Pa e del apo de agua ecalen ado p oducido en la plan a e mosola se almacena en anques pa a su uso pos e io . El p oblema del apo (en su o ma de calo sensible) es que iene una densidad ene gé ica muy baja po lo que se necesi an g andes anques pa a suminis a su icien e ene gía pa a man ene la plan a en uncionamien o y, es po es o, que las plan as que usan es e sis ema como almacenamien o de ene gía solo disponen como máximo de una ho a de ope ación a po encia nominal en plan as CSP cuya po encia nominal no es muy ele ada, como la PS10 de Abengoa (Tabla 3). El almacenamien o en sales undidas se hace en o ma de calo sensible, no la en e, es deci , las sales nunca llegan a cambia de ase (a c is aliza ) du an e un ciclo de ope ación no mal. Las sales undidas inc emen an su empe a u a en la ca ga del almacenamien o y disminuye empe a u a cuando cede la ene gía, siemp e en es ado luido. Las sales undidas usadas es una mezcla eu éc ica del 40% en peso de 𝐾𝑁𝑂3 y un 60% de 𝑁𝑎𝑁𝑂3 y ienen unas p opiedades que pe mi e su uso en plan as CSP [14]: el ango de empe a u as es el adecuado, po encima 13 13 de 400 ºC empieza a c ackea se y po debajo de 250 ºC p esen a una iscosidad demasiado ele ada pa a su anspo e en o ma de luido, es ese ango el que p esen a la ope ación de una plan a con colec o es CCP. En la Figu a 13 se mues a cómo se ope a usando es as sales; se usan dos anques, uno que almacena las sales calien es (393 ºC) y o o que las almacena ías (290 ºC). Cuando el almacenamien o se es á ca gando las sales ías salen del anque, in e cambian calo con el luido calopo ado (acei e sin é ico Dow he m A, no malmen e) y se almacenan en el anque calien e. La desca ga se hace en sen ido in e so, siemp e in e cambiando el calo con el luido calopo ado de la plan a. Figu a 13. Tanques de sales undidas en una plan a eal [16]. La mayo ía de las plan as CSP que cuen an con almacenamien o é mico usan el almacenamien o de calo sensible en las sales undidas. Po lo que es una ecnología asen ada, aunque con posibles ías pa a su mejo a. Es cie o que, debido a la baja densidad ene gé ica de almacena calo de es e modo, se necesi a mucha can idad de sales, po ejemplo, pa a una plan a de 50 𝑀𝑊𝑒 con 7,5 ho as nominales de almacenamien o (es deci , con el almacenamien o lleno al máximo, la plan a pod ía es a ope ando 7,5 ho as gene ando los 50 𝑀𝑊𝑒 de po encia nominal), se necesi a ían al ededo de 24·106 𝑘𝑔 de es as sales, que conlle a el uso de dos anques muy oluminosos, cada uno po sepa ado con capacidad de almacena la o alidad de las sales undidas. El cálculo de la can idad de sales undidas se p esen a en el Anexo I: Cálculo de la masa de sales y olumen necesa io de los anques. 2.4 Plan as e mosola es en el pano ama español A echa de 2018, España es líde mundial en po encia ins alada de plan as e mosola es con 2303,9 𝑀𝑊𝑒 en un o al de 50 plan as di e en es. Le siguen Es ados Unidos con 1893 𝑀𝑊𝑒 e India con 240 𝑀𝑊𝑒 aunque se espe a un g an c ecimien o en el sec o con nue as ins alaciones en Ma uecos, India, China y Omán. De hecho, Ma uecos iene en cons ucción la que se á una de las plan as de concen ación sola más g andes del mundo, con 800 𝑀𝑊𝑒 [2]. En la Tabla 3 se mues an las 50 plan as con las que cuen a el e i o io peninsula español. La mayo pa e de es as plan as es án localizadas en Ex emadu a (O ellana, Na al illa , Tala ubias, e c.), o a pa e impo an e en Andalucía (Sanlúca la Mayo , Guadix, Fuen es de Andalucía, San José del Valle, e c.) y ambién hay plan as p esen es en Ciudad Real, Mu cia, Valencia y Lé ida. La ealidad es que solo 21 de las 50 plan as e mosola es en ope ación ienen almacenamien o é mico, aunque solo 17 p esen an un almacenamien o capaz de do a a la plan a de cie a au onomía cuando no haya adiación sola (Figu a 14). Es o es po que 4 plan as (2 de colec o es F esnel y 2 de o e cen al) de las que disponen de almacenamien o almacenan el calo en o ma de apo cuya capacidad pa a almacena ene gía es más limi ada que en sales undidas, y po ello ienen pocas ho as nominales de almacenamien o, en e media y una ho a. Las 14 14 o as 17 plan as cuen an con un almacenamien o é mico en sales undidas p opo cionando una au onomía nominal a la plan a de en e 7 y 15 ho as. Tabla 3. Lis ado de las plan as de concen ación e mosola en España [16]. Tecnología Po encia nominal (MWe) Almacenamien o (h) Localización To e 10 1 Sanlúca la Mayo , Se illa To e 20 1 Sanlúca la Mayo , Se illa CCP 50 0 Sanlúca la Mayo , Se illa CCP 50 0 Sanlúca la Mayo , Se illa CCP 50 0 Sanlúca la Mayo , Se illa To e 20 15 Fuen es de Andalucía, Se illa CCP 50 0 Leb ija, Se illa CCP 50 0 Écija, Se illa CCP 50 0 Écija, Se illa CCP 50 0 Mo ón de la F a., Se illa CCP 50 7 Mo ón de la F a., Se illa CCP 50 7,5 Aldei e, G anada CCP 50 7,5 Aldei e, G anada CCP 50 7,5 Aldei e, G anada F esnel 1,4 0,5 Calaspa a, Mu cia F esnel 30 0,5 Calaspa a, Mu cia CCP 50 0 Pue ollano, Ciudad Real CCP 50 7,5 Alcáza de San Juan, Ciudad Real CCP 50 7,5 Alcáza de San Juan, Ciudad Real CCP 50 0 Alcáza de San Juan, Ciudad Real CCP 50 0 Alcáza de San Juan, Ciudad Real CCP 50 0 Pue o Lápice, Ciudad Real CCP 50 0 Pue o Lápice, Ciudad Real CCP 50 0 Al a ado, Badajoz CCP 50 7,5 To e de Miguel Sesme o, Badajoz CCP 50 7,5 To e de Miguel Sesme o, Badajoz CCP 50 7,5 Badajoz, Badajoz CCP 50 7,5 La Ga o illa, Badajoz CCP 50 0 Badajoz, Badajoz CCP 50 0 Oli enza, Badajoz CCP 50 0 O ellana, Badajoz CCP 50 7,5 To e de Miguel Sesme o, Badajoz CCP 50 9 Na al illa de Pela, Badajoz CCP 50 7,5 Tala ubias, Badajoz CCP 50 9 Na al illa de Pela, Badajoz CCP 50 0 Majadas, Cáce es CCP 50 0 Log osán, Cáce es CCP 50 0 Log osán, Cáce es CCP 50 0 Log osán, Cáce es CCP 50 0 Log osán, Cáce es CCP 50 0 Palma del Río, Có doba CCP 50 0 Palma del Río, Có doba CCP 50 0 El Ca pio, Có doba CCP 50 0 El Ca pio, Có doba CCP 50 0 Palma del Río, Có doba CCP 50 7,5 Fuen e Palme a, Có doba CCP 50 0 Villena, Alican e CCP 22,5 0 Bo ges, Lé ida CCP 50 7,5 San José del Valle, Cádiz CCP 50 7,5 San José del Valle, Cádiz TOTAL 2303,9 MW 6845,7 MWh 50 plan as 15 15 Figu a 14. G á icos de dis ibución de la disponibilidad de almacenamien o é mico po plan as [16]. En é minos de po encia ins alada, las 45 plan as de CCP acapa an el 96,47% de la capacidad o al, las 3 plan as de o es cen ales el 2,17% y los colec o es F esnel el 1,36% (Figu a 15). Como se puede obse a no exis en plan as que abajen con colec o es de pla os pa abólicos po cues ión de compe i i idad económica, como se menciona en el apa ado 2.2.1 Colec o es de disco pa abólico. Como la ecnología de colec o es cilind o- pa abólicos es la más ex endida en el pano ama nacional, an o en po encia ins alada como en el asen amien o de la ecnología de CCP, es e abajo se a a cen a en el es udio de las plan as con colec o es cilind o- pa abólicos. Figu a 15. G á ico de la dis ibución de po encia eléc ica ins alada po ecnología [16]. 16 16 2.5 Plan as come ciales de colec o es cilind o-pa abólicos Las plan as de colec o es cilind o-pa abólicos (CCP) que se ins alan a ni el come cial en España son de 50 𝑀𝑊𝑒, en su mayo ía, y ienen es elemen os comunes: el campo sola , el bloque de po encia y la calde a de apoyo de gas na u al, y un elemen o opcional que es el sis ema de almacenamien o é mico. En la Figu a 16 se ap ecian de izquie da a de echa: campo sola , calde a de gas na u al y almacenamien o en pa alelo y el bloque de po encia. Figu a 16. Esquema de una plan a CSP con colec o es cilind o-pa abólicos (CCP) con apoyo de gas na u al y almacenamien o é mico en sales undidas [17]. El campo sola es á cons i uido po lazos de cua o colec o es cilind o-pa abólicos cada uno y es el enca gado (el lazo) de cap a la adiación sola pa a ans e i la al luido é mico que es el Dow he m A, cuyas p opiedades se mues an en la Figu a 17. Figu a 17. P opiedades del Dow he m A, acei e sin é ico usado como luido é mico usado en las plan as de colec o es cilind o-pa abólicos (CCP) [18]. La calde a de gas na u al si e como apoyo é mico pa a man ene el HTF en las condiciones mínimas, po ejemplo, du an e las noches o los días íos de in ie no cuando la adiación sola es insu icien e, es necesa io un apoyo é mico pa a man ene odo el HTF a la empe a u a mínima a la que empieza a solidi ica se. También se usa como apoyo en los a anques y pa adas (amanece y ocsao) de las plan as pa a ence la dinámica del sis ema. No obs an e, la ene gía p oducida con la calde a de gas na u al es á es ingida po ley a un 15% de la ene gía anual p oducida po la plan a [32]. No malmen e, su disposición en la plan a es en pa alelo con el campo sola y el bloque de po encia, pe o se pueden encon a en se ie con el campo sola o en se ie con el bloque de po encia. La po encia nominal de las calde as de gas na u al usadas en las plan as CCP come ciales oscila en e los 15 y los 20 𝑀𝑊𝑒. 17 17 El bloque de po encia más básico es el que se mues a en la Figu a 18, que cons a de [19]: • El economizado : es un in e cambiado que se usa pa a p ecalen a el agua que en a al apo izado con con el HTF más ío que, as sali del economizado , uel e al campo sola . • El apo izado : es un in e cambiado al cual llega el agua del p ecalen ado , se lle a al pun o de sa u ación y se p o oca el cambio de ase has a consegui apo sa u ado. Es en es e in e cambiado donde el HTF cede más ene gía al agua. • El ecalen ado : es o o in e cambiado que se usa pa a sob ecalen a el apo pa a ele a le la calidad an es de se calen ado. En es e in e cambiado se usa el HTF más calien e, es deci , el p o enien e del campo sola . • La u bina: es la enca gada de ans o ma la ene gía é mica del apo en ene gía mecánica y luego en elec icidad. La p esión y empe a u as de ope ación de la u bina pe mi en que el apo se condense con agua a empe a u a ambien e. Figu a 18. Bloque de po encia básico en una plan a e mosola de CCP. En la Figu a 16 se puede obse a que el bloque de po encia es algo más complejo que el p esen ado en la Figu a 18 y se di e encia en la e iciencia y calidad del apo ob enida, pe o el in es el mismo. Con es os conocimien os y con unas hipó esis de pa ida que se menciona án más adelan e, se p ocede a c ea un modelo ma emá ico capaz de modela el compo amien o del campo sola , el almacenamien o émico y el apoyo de la calde a de gas na u al. 18 18 19 19 3 MODELO DE PLANTAS TERMOSOLARES El obje i o de c ea un modelo de las plan as e mosola es es pode simula su compo amien o según la DNI y la capacidad de almacenamien o de la que disponga, así como calcula el apoyo ene gé ico que debe suminis a la calde a de gas na u al (backup). Pa a ello, se a a usa el so wa e Mic oso ® Excel en p ime luga y, pa a acili a el cálculo y el iempo de simulación, se usa á en segundo: Visual Basics o Applica ions (VBA). En un p ime es udio, se lle a a cabo un pequeño modelo usando solo Excel, que es capaz de simula de mane a ap oximada el compo amien o dia io de los es sis emas capaces de suminis a ene gía: el campo sola , el almacenamien o é mico y la calde a de gas na u al. Es e modelo inicial cuen a con un inpu de p oducción eléc ica en e ano de una plan a de 50 𝑀𝑊𝑒, simulada en el P oyec o inal de Ca e a de Ba ea [11]. Además, cuen a con a ias es icciones a ija p e ia la simulación: po encia nominal, las ho as nominales de almacenamien o (que de uel e la masa de sales necesa ias, el cálculo se explica en el Anexo I: Cálculo de la masa de sales y olumen necesa io de los anques), el clima en po cen aje que hizo ese día, un coe icien e de almacenamien o que dice de o ma p opo cional cuan as ho as eales de almacenamien o hay espec o a las nominales y un coe icien e de po encia mínima que egula ía la po encia máxima que se apo a espec o a la nominal. El modelo se explica en el Anexo II: Modelo p elimina dia io. En la Figu a 19 se mues a la in e az de es e modelo p ima io. Ho as eales (h) 5,0 Po encia nominal (MW) Masa de sales (Tm) (ms) Clima soleado (%) Coe . Alm o. ( a) Coe . Po encia mín. ( m) 75 24400,4 100 1 1 Nominal (h) (Anom) 5,0 Figu a 19. Ejemplo de la in e az del modelo p elimina dia io cuando se a ía la po encia nominal (𝟕𝟓 𝑴𝑾𝒆) espec o al caso base (𝟓𝟎 𝑴𝑾𝒆). Es e p ime modelo es capaz de da una buena ap oximación al compo amien o eal de una plan a y pe mi e e cómo a ec a el cambio de las di e en es es icciones a dicho compo amien o. Sin emba go, p esen a a ias des en ajas que lo hacen poco ú il pa a alcanza los obje i os del abajo: solo es capaz de modela un día aislado, el compo amien o no es á di ec amen e elacionado con la DNI; solo unciona pa a modela días de e ano, es 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36 0:00 MWh CSP simulacion CSP solo CSP+Alm. 26 26 4, 5 y 6). Cuando se calculan esos a ios podemos ap ecia un compo amien o anómalo en la p ime a ho a del día en la que hay adiación y se epi e du an e odo el año. Es e compo amien o, que se puede obse a en la Figu a 26, consis e en adop a unos alo es muy ele ados de los a ios en la p ime a ho a de adiación. Es o se debe a que la DNI es muy al a en compa ación con la RG en la p ime a ho a, lo cual es una incong uencia debido a que la adiación global comp ende odos los ipos de adiaciones y, po lo an o, la DNI debe ía se una pa e p opocionals de la RG. Figu a 26. Compa ación de los a ios R1 en azul (Sanlúca la Mayo ) y R2 en na anja (Ma molejo) de un día al aza : el 9 de ma zo. Ese pico ele ado en la p ime a ho a hace que el e ec o de los a ios en el es o del día se diluya. Pa a soluciona es o, se es ablece un lími e de ole ancia supe io de 5, ya que los alo es de los a ios el es o del día oscilan en e 0,2 y 4. En la Figu a 27 se mues a es e lími e impues o y, como se puede obse a , odos los alo es supe io es al lími e se oman como nulo. Se ap ecia un compo amien o que se epi e a lo la go de odo el año: en el amanece y en el ocaso (p ime as y úl imas ho as del día) los alo es de los a ios son más ele ados que el es o del día, aunque en el amanece oma el alo más al o. También se ap ecia como ambos a ios ienen el mismo compo amien o, siendo R1 mayo que R2. Es o se debe a que hay una mayo p opo ción de adiación di ec a no mal en la adiación global de Sanlúca la Mayo que en Ma molejo, es deci , no malmen e pa a la misma I adiancia global en ambas localizaciones, en Sanlúca la Mayo hay una mayo i adiancia di ec a. 27 27 Figu a 27. Compa ación de los a ios R1 (en azul) y R2 (en na anja) con el lími e de ole ancia impues o pa a el día 9 de ma zo. Se ha pues o el ejemplo de un día al aza del 9 de ma zo, pe o el compo amien o de es os a ios a lo la go del año a ía. Es a a iación se p oduce más o menos en la mi ad del año sola , es deci en el equinoccio de e ano: la p ime a mi ad del año sola el compo amien o de los a ios es como el mencionado an e io men e, pe o en la segunda mi ad el pico máximo se in ie e. En la Figu a 28 se mues a es e hecho: el pico máximo del a io se alcanza en el ocaso no en el amanece . Figu a 28. Compa ación de los a ios R1 (en azul) y R2 (en na anja) del día 22 de sep iemb e. Como es e úl imo mé odo usado pa a calcula la DNI es el que p esen a los mejo es esul ados es el que se escoge pa a su implemen ación en el desa ollo del modelo ma emá ico. 28 28 3.2 Cálculo del ángulo ceni al sola en in e alos ho a ios Se p opone calcula el ángulo ceni al del sol (𝜃) pa a pone solución a dos p oblemas del modelo: la p ime a es es ablece un lími e de ole ancia adecuado pa a los a ios, no un alo a bi a io; la segunda es que se necesi aba sabe cuando e a de día y cuando de noche, salida y pues a eal del sol. También se conside a calcula la DNI como un una pa e p opo cional de RG usando el coseno del ángulo ceni al. Pa a simpli ica los cálculos (an e la al a de da os), se supone que el ángulo ceni al es siemp e espec o a la supe icie ho izon al, pa alela al suelo. Es o se hace debido a que no se ienen da os exac os de los sis emas de seguimien o sola que ha án que la adiación sola llegue lo más pe pendicula posible al sis ema cap ado . En la Figu a 29 se mues a dicho án ulo ceni al el cual es 0º cuando el sol se encuen a alineado con la no mal (la e ical) y 90º cuando es á alineado con la ho izon al. Po lo an o, se á de día cuando el sol enga un ángulo en e 0 y 90º; se á de noche cuando el ángulo ceni al sea mayo de 90º. La ecuación del cálculo de ese ángulo ceni al es: 𝜃(𝑡)= 𝑎𝑟𝑐𝑜𝑠[sin(𝑙𝑎𝑡)·sin(𝛿(𝑡))·cos(𝛽)−sin(𝛿(𝑡))·cos(𝑙𝑎𝑡)·sin(𝛽)·cos(𝛾) +cos(𝛿(𝑡)·cos(𝑙𝑎𝑡)·cos(𝛽)·cos(𝜔(𝑡))+cos(𝛿(𝑡))·sin(𝑙𝑎𝑡) ·sin(𝛽)·cos(𝛾)·cos(𝜔(𝑡))+cos(𝛿(𝑡))·sin(𝛽)·sin(𝛾)·sin(𝜔(𝑡))] Ec.1 [25] Donde 𝛽 es el ángulo que o ma el colec o con la ho izon al, que en es e caso se ha omado nulo (𝛽 =0º), al se pa alelo. Al inal el ángulo ceni al depende ía de: 𝜃 =𝑓(𝑖,𝑗,𝑙𝑎𝑡,𝑙𝑜𝑛𝑔); ho a, día, la i ud y longi ud. T as aplica ese cambio la ecuación y pa icula iza la al caso de es udio, queda ía más simple: 𝜃(𝑖,𝑗,𝑙𝑎𝑡,𝑙𝑜𝑛𝑔)= acos[sin(𝛿(𝑗))·sin(𝑙𝑎𝑡)+cos(𝛿(𝑗))·cos(𝑙𝑎𝑡)·cos(𝜔(𝑖,𝑗,𝑙𝑜𝑛𝑔))] Ec.2 Po lo que aho a depende ía de la la i ud (𝑙𝑎𝑡), del núme o del día que se encuen e (𝛿(𝑗)) y del ángulo de la ho a sola (𝜔(𝑖,𝑗,𝑙𝑜𝑛𝑔)). Figu a 29. Rep esen ación del ángulo ceni al (𝜽𝒛 ) en e los demás ángulos sola es [25]. Es as a iables, asu ez, dependen de la ho a (𝑖), del día (𝑗) y de la longi ud (𝑙𝑜𝑛𝑔) al y como mues an las ecuaciones 3, 4, 5 y 6. 𝜹(𝑗)=6,918·10−3 −0,3999·cos(𝑩(𝑗))+7,026·10−2 ·sin(𝑩(𝑗))−6,758 ·10−3 cos(2𝑩(𝑗))+9,07·10−4 ·sin(2𝑩(𝑗))−2,697·10−3 ·cos(3𝑩(𝑗))+1,48·10−3 ·sin(3𝑩(𝑗)) Ec. 3 [26] 𝑩(𝑗)=(j−1)·360 365 Ec.4 [25] 29 29 𝝎(𝑖,𝑗,𝑙𝑜𝑛𝑔)=𝑖·60+∆𝒕(𝑗,𝑖)−4·𝑙𝑜𝑛𝑔 4 Ec.5 [26] ∆𝒕(𝑗,𝑖)=229,18[7,5·10−5 +1,868·10−3 ·cos(𝜸(𝑖,𝑗))−3,207·10−2 ·sin(𝜸(𝑖,𝑗)) −1,4615·10−2 ·cos(2𝜸(𝑖,𝑗))+4,0849·10−2 ·sin(2𝜸(𝑖,𝑗))] Ec.6 [26] 𝜸(𝑖,𝑗)=360 365·(𝑗−1+𝑖−12 24 ) Ec.7 [25] Con odas es as ecuaciones se es capaz de calcula el ángulo sola en in e alos ho a ios, al y como se mues a en la Figu a 30. Figu a 30. Rep esen ación del ángulo sola los días 9 de ma zo y 28 de junio pa a dos localizaciones: Sanlúca la Mayo (SLM) y Ma molejo (MAR). Como se espe aba, en e ano (28 de junio) el sol alcanza un pun o más al o en el cielo que en in ie no (9 de ma zo) y amanece an es y se pone el sol más a de. En la Figu a 30 se mues a en neg o la ec a 90º que indica el ho izon e, ángulos mayo es a 90º se á de noche (po debajo de esa ec a neg a en la igu a) y ángulos meno es se á de día (po encima de la ec a neg a). También se puede ap ecia , aunque con mayo di icul ad, la di e encia del ángulo ceni al en e ambas localizaciones, amaneciendo y poniéndose el sol escasos minu os an es en Sanlúca la Mayo que en Ma molejo, debido a la di e encia de la i ud y longi ud a la que se encuen an ambas localizaciones. Pa a es ablece el lími e de ole ancia de los a ios R1 y R2 se pod ía pensa que el a io es álido cuando el ángulo sola es meno de 90º, pe o es o no es así, debido a que la DNI apa ece cuando el sol ha alcanzado una cie a al u a po encima del ho izon e, an es la adiación sola se á di usa y o ma á pa e de la global. Esa al u a necesa ia pa a que haya DNI se ija en 79º, es deci , 11º po encima del ho izon e. Con es e alo ijado, se asegu a que los a ios no oma án alo es supe io es a 6, que es ap oximadamen e lo mismo que se ijó a bi a iamen e. Pa a es ablece cuando es de día y cuando es de noche se usa el mismo c i e io, ya que esa di e enciación, en p incipio, se usa pa a sabe cuando debe ía habe su icien e DNI pa a pone la plan a en ma cha independien emen e de la me eo ología que haga. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0246810 12 14 16 18 20 22 24 θ(º) Ho as SLM 9/03 MAR 09/03 SLM 28/06 MAR 28/06 Ho izon e 90º 30 30 Sin emba go, no se puede usa el coseno del ángulo sola pa a calcula la DNI como pa e p opo cional de la adiación global po que se es a ían ob iando los e ec os c eados po la me eo ología así que ese modo de calcula la se desca a. 3.3 Relación en e po encia gene ada y adiación di ec a ecibida Una ez calculada la DNI en cada zona, se necesi a conoce la elación en e esa DNI inciden e y la po encia que es capaz de gene a la plan a CCP con ella. Es e es el núcleo del modelo ma emá ico: la p oducción ene gé ica a pa i de la DNI. Pa a ello, se a a usa en g an pa e del abajo p esen ado en el a ículo Op imal con ol applied o dis ibu ed sola collec o ields wi h pa ial adia ion publicado po Se gio J. Na as e al. [19]. En dicho a ículo se p esen an unas ecuaciones de compo amien o (incluyendo el egímen ansi o io) de una plan a e mosola de colec o es cilind o-pa abólicos de una pon encia de has a 2,2 𝑀𝑊𝑒 con unos pa áme os de diseño especí icos pa a esa po encia. En p ime luga , en es e abajo no se es án conside ando los es ados ansi o ios de las plan as de CCP po lo que hay que es a iza esas ecuaciones, es ableciendo que odas las a iables que cambian con el iempo sean nulas. Po o a pa e, hay que hace el diseño de los nue os pa áme os pa a una plan a es ánda de CCP (de po encia nominal 50 𝑀𝑊𝑒). Los pa áme os que hay que calcula son: la ape u a de colec o es (𝐺), la longi ud ac i a (en la cual el acei e é mico gana ene gía de la adiación sola ) y pasi a (en la cual el acei e é mico pie de ene gía al cede la al ambien e) de los lazos (𝐿1 𝑦 𝐿2 espec i amen e), la DNI de diseño, el núme o de lazos (𝑛𝑙𝑎𝑧𝑜𝑠), el coe icien e de película ( ansmisión de calo ) hacia el ambien e, el á ea y coe icien e global de ans e encia de calo de cada in e cambiado (𝑈𝐴) y el coe icien e de p esión de la u bina (𝑘). Es os son los pa áme os que ces ablecen la po encia nominal de la plan a e mosola . 3.3.1 Ecuaciones de la simulación de la plan a CCP modelo en EES® Las ecuaciones que se an a p esen a a con inuación son dependeien es las unas de las o as y equie en del uso de so wa e pa a su esolución, en es e caso se usa Enginee ing Ecua ion Sol e ® [19]. Pa a la simulación, la plan a se a a di idi en es bloques: campo sola , banco de in e cambiado es y u bina, como en el esquema de la Figu a 31 que es muy simila al p esen ado en el apa ado 2.5 Plan as come ciales de colec o es cilind o- pa abólicos, sin ene en cuen a el almacenamien o é mico ni la calde a de gas. 31 31 Figu a 31. Esquema de la plan a de CCP modelo que se usa en la simulación [19]. 3.3.1.1 Ecuaciones del campo sola Las ecuaciones que se an a usa es án ya en es ado es aciona io pa a no ene en cuen a el égimen ansi o io, que si se iene en cuen a en el abajo de Se gio J. Na as e al. [19]. 𝐷𝑁𝐼𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 ·𝜇𝑜𝑝 ·𝐺 =𝐺·𝐻𝑙·(𝑇𝑚−𝑇𝑎𝑚𝑏)+𝑑𝑖·𝐻𝑡·(𝑇𝑚−𝑇𝑎) Ec.8 𝐶𝑝𝑎·𝑚󰇗𝑎·∆𝑇𝑙=𝑑𝑖·𝐻𝑡·(𝑇𝑚−𝑇𝑎) Ec.9 𝐺·𝐻𝑝·(𝑇𝑚−𝑇𝑎𝑚𝑏)=𝑑𝑖·𝐻𝑡·(𝑇𝑚−𝑇𝑎) Ec.10 Donde el subíndice 𝑎 signi ica e e en e al acei e é mico y el subíndice 𝑚, hace e e encia al me al del cap ado cilind o-pa abólico. La densidad y calo especí ico del acei e é mico se mues an en la Figu a 17 y el sal o é mico en e los ex emos de los lazos (∆𝑇𝑙) debe se de 100 º𝐶. El alo del diáme o in e no (𝑑𝑖), del coe icien e de película de la pa e ac i a (𝐻𝑙) y el coe icien e de película de ans e encia en e el me al y el acei e (𝐻𝑡) son 0,082 𝑚, 0,49 𝑊 𝑚·𝐾 y 1430 𝑊 𝑚·𝐾 espec i amen e [19]. El alo de la ape u a de los colec o es (𝐺), la longi ud de los colec o es (𝐿𝑐) y el núme o de colec o es po lazo son 5,77 𝑚, 150 𝑚, y 4 espec i amen e [29]. Con esa longi ud de los colec o es y, sabiendo que hay cua o po lazo se ob iene una longi ud ac i a de 𝐿1=600 𝑚, la longi ud pasi a se calcula como una ap oximación, el 10% de la ac i a, omando ejemplo de las simulaciones p esen adas po Se gio J. Na as e al., po lo que se ob end ía una 𝐿2=62 𝑚 [19]. No obs an e, se comp ueba que el e ec o que causa la a iación de la longi ud pasi a (𝐿2) no es ele an e, al y como se mues a en la Figu a 32, la po encia eléc ica gene ada disminuye un 2% espec o a la nominal cuando se p oduce un aumen o del 1000% en la longi ud pasi a de los colec o es. En la simulación la masa o al de acei e y el lujo másico del mismo dependen de la longi ud ac i a y pasi a del lazo, ya calculadas, y del núme o de lazos que se calcula en el apa ado 3.3.2 Diseño del núme o de lazos de la plan a de CCP modelo. 32 32 Figu a 32. E ec o en la po encia eléc ica gene ada con la a iación de la longi ud pasi a man eniendo cons an e la longi ud ac i a. 3.3.1.2 Ecuaciones del banco de in e cambiado es El banco de in e cambiado es es á compues o po es equipos: el ecalen ado , el economizado y el apo izado al y como se explica en un apa ado de la in oducción y se obse a en la Figu a 18. Recalen ado 𝑚󰇗𝑎·𝐶𝑝𝑎·(𝑇𝑎𝐸1 −𝑇𝑎𝑆1)=𝑄𝑅 Ec.11 𝑚󰇗𝑣·𝐶𝑝𝑣·(𝑇𝑣𝑆−𝑇𝑤𝑆2)= 𝑄𝑅 Ec.12 𝑈𝐴𝑅·𝐷𝑇𝐿𝑀𝑅=𝑄𝑅 Ec.13 Boile 𝑚󰇗𝑎·𝐶𝑝𝑎·(𝑇𝑎𝑆1 −𝑇𝑎𝑆2)=𝑄𝐵 Ec.14 𝑚󰇗𝑣·∆𝐻𝑣𝑎𝑝 +𝑚󰇗𝑤·𝐶𝑝𝑤·(𝑇𝑠𝑎𝑡 −𝑇𝑤𝐸2)=𝑄𝐵 Ec.15 𝑈𝐴𝐵·𝐷𝑇𝐿𝑀𝐵=𝑄𝐵 Ec.16 Economizado 𝑚󰇗𝑎·𝐶𝑝𝑎·(𝑇𝑎𝑆2 −𝑇𝑎𝑆3)= 𝑄𝐸 Ec.17 𝑚󰇗𝑤·𝐶𝑝𝑤·(𝑇𝑤𝑆1 −𝑇𝑤𝐸1)=𝑄𝐸 Ec.18 𝑈𝐴𝐸·𝐷𝑇𝐿𝑀𝐸=𝑄𝐸 Ec.19 Donde el subíndice 𝑤 indica agua y el subíndice 𝑣 signi ica apo . En la Figu a 33 se mues a de nue o el esquema del banco de in e cambiado es (más la u bina) con la nomencla u a usada. 0 10 20 30 40 50 60 050 100 150 200 250 300 350 400 450 Po encia gene ada (MWe) Longi ud pasi a L2 (m) 33 33 Figu a 33. Esquema del bloque de po encia con la nomencla u a usada pa a las empe a u as. Pa a pode usa esas ecuaciones al an es da os: los 𝑈𝐴 de cada in e cambiado . Pa a calcula los se ijan odos los demás da os y además se in oducen es nue as ecuaciones no mencionadas, que es ablece ían el sal o é mico en e la co ien e de acei e de en ada y la co ien e de salida de agua/ apo en 10 º𝐶. Con ese sal o é mico es ablecido se conocen los calo es in e cambiados en cada equipo y con ellos se calculan (usando las ecuaciones 13, 16 y 19) los 𝑈𝐴 que s emues an en la Tabla 4. Tabla 4. Valo es de los pa áme os 𝑼𝑨 calculados. Pa áme o Valo (𝒌𝑾 𝑲) 𝑼𝑨𝑹 488,6 𝑼𝑨𝑩 1607 𝑼𝑨𝑬 1026 Los alo es ob enidos ienen sen ido cuando se compa an en e sí, el Boile debe ene el alo más al o po que es donde más calo se in e cambia, seguido del Economizado y, en úl imo luga , el ecalen ado . 34 34 3.3.1.3 Ecuaciones de la u bina El apo de al a p esión gene ado se in oduce en la u bina de apo , la cual se a a modela usando el mé odo de Willan’s Line [30] y una modi icación de la ecuación de S odola en la p esión de ope ación de la u bina [31], ambos desc i os en el a ículo de Se gio J. Na as e al. [19]. En p ime luga , se ija la p esión de salida de la u bina, con un apo ípico de condensación en las u binas de apo de 5,36 𝑘𝑃𝑎, luego se aplican los mé odos mencionados con las siguien es ecuaciones: Donde el subíndice 𝑖𝑠𝑒𝑛 se e ie e al es ado isen ópico la en alpía. El alo de 𝐿 es el a io de in e cepción que a ía en e 0,05 y 2 según las ca ac e ís icas de la u bina que, en es e caso al se u bina de apo , oma el alo de 0,05 [30]. Con es os da os se puede calcula el pa áme o 𝒌 pa a la plan a modelo de CCP, siendo de 𝟎,𝟎𝟎𝟔𝟖𝟒. 3.3.2 Diseño del núme o de lazos de la plan a de CCP modelo Siguiendo las di ec ices de diseño de CENTRALES TERMOSOLARES CCP: Fundamen os écnicos, p incipales equipos y sis emas esc i o po San iago Ga cía Ga ido [28], se calcula á el núme o de lazos a pa i de: 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑡é𝑟𝑚𝑖𝑐𝑎 (𝑃𝑡ℎ)=𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑜𝑚𝑖𝑛𝑎𝑙 (𝑀𝑊𝑒) 𝜂𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 ( 𝑀𝑊𝑒 𝑀𝑊𝑡ℎ) Ec.26 𝐼𝑟𝑟𝑎𝑑𝑖𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑎 𝑐𝑎𝑝𝑡𝑎𝑟 (𝑃𝐼)=𝑃𝑡ℎ 𝜇𝑜𝑝 ·𝜂𝑡ℎ (𝑀𝑊𝑡ℎ 𝑀𝑊𝐼) Ec.27 Á𝑟𝑒𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑝𝑡𝑢𝑟𝑎 (𝐴𝑐)=𝑃𝐼 (𝑀𝑊𝐼) 𝐷𝑁𝐼𝑑𝑖𝑠𝑒ñ𝑜 (𝑀𝑊𝐼 𝑚2 ) Ec.28 𝑁ú𝑚𝑒𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑧𝑜𝑠 (𝑛𝑙𝑎𝑧𝑜𝑠)=𝐴𝑐 (𝑚2) 𝐴𝑙 ( 𝑚2 𝑙𝑎𝑧𝑜) Ec.29 Los alo es del endimien o del ciclo (𝜂𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜), endiemien os óp icos y é micos (𝜇𝑜𝑝,𝜂𝑡ℎ) y el á ea de cap ación po lazo (𝐴𝑙) son 0,39, 0,78, 0,72 y 3270 𝑚2 espec i amen e [28]. Es os alo es se oman según la bibliog a ía po el lado más conse ado , pudiéndose alcanza mejo es endimien os óp icos y é micos en la ac ualidad. La DNI de diseño ambién se oma de lamisma bibliog a ía con un alo de 850 𝑊 𝑚2. Con esos da os se ob iene un núme o base de lazos de colec o es de 82, pe o a ese núme o hay que aplica le un ac o de co ección llamado múl iplo sola (𝑀𝑆), el cual hace que no sea necesa io alcanza la DNI de diseño pa a consegui la po encia nominal, sino algo meno . Ese múl iplo sola a ía según cuen e la plan a con 𝑃𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑛𝑎 =𝑘·𝑚󰇗𝑣 Ec.20 𝑎 =−463+3,53∆𝑇 Ec.21 𝑏 = 1,191+7,79·10−4∆𝑇 Ec.22 𝑛 =𝐿+1 𝑏·(∆𝐻𝑖𝑠𝑒𝑛 −𝑎 𝑚󰇗𝑣) Ec.23 𝑊𝑖𝑛𝑡 =𝐿 𝑏·(∆𝐻𝑖𝑠𝑒𝑛 ·𝑚󰇗𝑣−𝑎) Ec.24 𝑊 =𝑛·𝑚󰇗𝑣−𝑊𝑖𝑛𝑡 Ec.25 35 35 almacenamien o o no: omando el alo de 1,15 cuando ca ece de almacenamien o y de 2 cuando cuen a con 7 ho as de almacenamien o. En es e pun o se conside a que la a iación del núme o de lazos es lineal con las ho as de almacenamien o (aun sabiendo que no es del odo cie a) y se ob iene la ec a mos ada en la Figu a 34. 𝑛𝑙𝑎𝑧𝑜𝑠=10·𝐻𝑛𝑜𝑚 +94 Ec.30 Figu a 34. Va iación del núme o de lazos con las ho as de almacenamien o nominales de la plan a. Sin emba go, es a elación en e el núme o de lazos y las ho as nominales de almacenamien o solo se usan en el modelo inal. En la simulación de la plan a de CCP modelo se usan dos núme os de lazo; 95 pa a el caso en el que la plan a ca ezca de almacenamien o y 82 x 2 en el caso de que enga almacenamien o. Es e úl imo caso se oma como si uación especial ya que en la simulación de la plan a modelo se an a usa solo 82 lazos y en el modelo inal se oma que, cuando hay 164 lazos, el compo amien o es el mismo que si hubie a dos campos de 82 lazos uncionando en pa alelo. Acep a es a o ma del compo amien o de las plan as de CCP simpli ica mucho los cálculos, an o en la simulación como en el modelo inal. Po lo que, en la simulación de la plan a modelo se an a ob ene dos co elaciones, una pa a una plan a con 95 lazos y o a pa a una plan a con 82 lazos. 3.3.3 Co elaciones ob enidas de la simulación Se hacen dos simulaciones pa a ob ene la elación en e la po encia eléc ica gene ada y la adiación di ec a ecibida, pa a una plan a de 50 𝑀𝑊𝑒 sin almacenamien o, que iene 95 lazos de colec o es, y pa a o a con almacenamien o que iene dos campos de 82 lazos: 𝑊82 =7·10−6𝐷𝑁𝐼2+0,0626𝐷𝑁𝐼−8,0223 𝑅2=1 Ec.31 𝑊95 =5·10−6𝐷𝑁𝐼2+0,0847−11,087 𝑅2=1 Ec.32 Ambas co elaciones ob enidas se ep esen an en la Figu a 35 y, como se puede obse a , la po encia eléc ica gene ada p esen a un compo amien o casi lineal con la DNI. T as hace la simulación se comp ueba que a pa i de una DNI in e io a 132 𝑊 𝑚2 empieza a da p oblemas de con e gencia, po lo que se supone que a DNI meno es a la mencionada la plan a no puede ence su dinámica é mica pa a pone se en ope ación y no unciona. 0 50 100 150 200 250 0 2 4 6 8 10 12 14 16 Núme o de lazos Ho as de almacenamien o nominales (h) 42 42 compo amien o de gene ación eléc ica mínimo que se alcanza en e ano. Si se obse a la Figu a 40, en los meses es i ales la gene ación eléc ica eal es siemp e supe io a 0, es deci , el almacenamien o hace que el conjun o de plan as sea capaz de ope a en con ínuo (el conjun o, no se e ie e a plan as indi iduales) sin llega a pa a el bloque de po encia. Eso, sin emba go, el modelo no es an p eciso como pa a ep oduci lo. Figu a 40. Rep esen ación del compo amien o del modelo usando la RG eal (azul solo campo sola y na anja campo sola y almacenamien o) compa ado con el compo amien o eal ( e de). Pa a soluciona el p oblema de que se gene e mucha más po encia de la eal, se ha op ado po la opción más simple, hace que la p oducción del modelo sea p opo cional aplicando unos ac o es de co ección que son: • Del 1 de ene o has a el 2 de ma zo el ac o oma el alo de 𝟎,𝟕𝟖. • Del 3 de ma zo has a el 4 de mayo el ac o oma el alo de 𝟎,𝟗𝟏. • Del 5 de mayo has a el 20 de agos o el ac o oma el alo de 𝟎,𝟗𝟓. • Del 21 de agos o has a el 9 de no iemb e el ac o oma el alo de 0,91. • Del 10 de no iemb e has a el 31 de diciemb e el ac o oma el alo de 𝟎,𝟖. Es as echas son ap oximadas ya que se calcula po ho as no po días, pe o es la combinación que más se ajus a al compo amien o eal. El esul ado de es e cálculo se mues a en la Figu a 41, en la cual se ap ecia que el compo amien o del modelo se ajus a al eal signi ica i amen e mejo que usando la DNI o usando la RG sin co egi . Po es e mo i o, se desca a el uso de los a ios y la DNI calculados pa a usa la RG co egida, y se á el modelo que se use a pa i de aho a en los di e en es escena ios p opues os. El código comple o y inal se p esen a en el Anexo IV: Código del modelo ma emá ico en Visual Basics o Applica ions®, donde la pa e de código en colo e de (como el cálculo del ángulo ceni al o el cálculo de los a ios DNI-RG) no se p ocede a su lec u a. 0 500 1000 1500 2000 2500 01/01/2016 20/02/2016 10/04/2016 30/05/2016 19/07/2016 07/09/2016 27/10/2016 16/12/2016 MWe CSP+Alm Campo sola P. Real 43 43 Figu a 41. Rep esen ación del compo amien o del modelo usando la RG eal (azul y na anja) compa ado con el compo amien o eal ( e de) aplicando un coe icien e de co ección p opo cional. 0 500 1000 1500 2000 2500 01/01/2016 20/02/2016 10/04/2016 30/05/2016 19/07/2016 07/09/2016 27/10/2016 16/12/2016 MWe CSP+Alm Campo sola P. Real 44 44 45 45 4 APLICACIÓN DEL MODELO En es a segunda pa e del abajo se quie e usa el modelo pa a e alua un pano ama hipo é ico con di e en es escena ios en el que la ecnología de concen ación sola enga una capacidad ins alada su icien e pa a e i a del mix eléc ico a las uen es de gene ación eléc ica no eno ables. Pa a ello, se calcula la demanda a cub i a pa i de los da os o ecidos po REE [22], que son: la demanda o al del año 2016 y la gene ación eléc ica de ese mismo año pa a odas las uen es disponibles. Como lo que se quie e e i a del mix eléc ico son las uen es no eno ables, hay que deja in ac as las eno ables, pa a ello, se calcula la nue a demanda (ne a) a cub i po la e mosola . Es a demanda a cub i se ía la es a en e la demanda o al del año 2016 menos la gene ación a pa i de eno ables, mos ada en la Figu a 42. Figu a 42. Demanda a cub i po las plan as e mosola es as habe le es ado las uen es de gene ación eno ables [20]. El obje i o es e la in luencia que ienen las ho as nominales de almacenamien o é mico sob e la p oducción eléc ica a pa i de gas na u al y sob e el exceso de ene gía p oducida (cu ailmen ) en los di e en es casos pa a cub i la demanda. El cu ailmen es la can idad de ene gía que se p oduce de más y que la demanda no puede asumi . La ene gía que debe apo a el gas na u al se calcula como la di e encia en e la demanda y la p oducción o al en amos ho a io, es deci , la ene gía que no sea capaz de p oduci el conjun o de plan as a pa i de la adiación sola y el almacenamien o é mico debe se suminis ada po el gas na u al (Ec.35). El po cen aje de la ene gía p oducida con el gas na u al se calcula en base a la ene gía o al p oducida en el año, es deci , la ene gía anual o al p oducida con el campo sola , el almacenamien o é mico y el gas na u al (Ec.36). El cu ailmen es á calculado como la di e encia en e la ene gía o al p oducida (campo sola , almacenamien o y gas na u al) y la ene gía o al de la demanda, es deci , es la ene gía que se p oduce de más de la demanda (Ec.37): 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 01/01/2016 20/02/2016 10/04/2016 30/05/2016 19/07/2016 07/09/2016 27/10/2016 16/12/2016 MWe Demanda a cub i 46 46 𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑖 (𝑀𝑊)=𝐶𝑆𝑃𝑖 (𝑀𝑊)+𝐴𝑙𝑚𝑎𝑐𝑒𝑛𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜𝑖 (𝑀𝑊)−𝐸𝐶𝑢𝑟𝑡(𝑀𝑊ℎ) Ec. 34 𝐸𝐺𝑁𝑖(𝑀𝑊)= 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎𝑖 (𝑀𝑊)−𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑖 (𝑀𝑊) Ec.35 %𝐺𝑎𝑠 𝑁𝑎𝑡𝑢𝑟𝑎𝑙= ∑𝐸𝐺𝑁𝑖(𝑀𝑊ℎ) 8784 𝑖=𝑖 ∑[𝐸𝐺𝑁𝑖(𝑀𝑊ℎ) 8784 𝑖=𝑖 +𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑖 (𝑀𝑊ℎ)] Ec.36 𝐸𝐶𝑢𝑟𝑡𝑎𝑖𝑙𝑚𝑒𝑛𝑡𝑖(𝑀𝑊)=𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑖 (𝑀𝑊)−𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎𝑖 (𝑀𝑊) Ec.37 %𝐶𝑢𝑟𝑡𝑎𝑖𝑙𝑚𝑒𝑛𝑡 = ∑𝐸𝐶𝑢𝑟𝑡𝑖 (𝑀𝑊ℎ) 8784 𝑖=1 ∑𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑖 (𝑀𝑊ℎ) 8784 𝑖=1 Ec.38 Se debe ene en cuen a de o ma especial que el po cen aje de gas na u al y el po cen aje de cu ailmen no se calculan en base a la misma ene gía o al, pa a el gas na u al se iene en cuen a es ic amen e oda la ene gía p oducida en la plan a anualmen e, eniendo en cuen a la ene gía p oducida po el gas na u al. Sin emba go, el po cen aje de cu ailmen se calcula en base a la ene gía p oducida po el campo sola y el almacenamien o, sin ayuda de backup. Es o se hace de es e modo po que la de inición de cu ailmen es la ene gía que la plan a deja de p oduci po que la demanda no es capaz de asumi la. Pa a es udia la in luencia que ienen las ho as de almacenamien o y la po encia o al ins alada, se p esen an di e en es posibles escena ios pa a a a de cub i esa demanda, a iando la capacidad e mosola ins alada, la p opo ción de po encia ins alada po zona y las ho as nominales de almacenamien o. Pa a ello se c ean 10 escena ios di e en es: ➢ Escena io 1: la capacidad eléc ica de ene gía e mosola ins alada es igual al pico máximo de la demanda a cub i espe ando la p opo ción eal de po encia ins alada po zonas. ➢ Escena io 2: la capacidad eléc ica de ene gía e mosola ins alada es un 30% mayo al pico máximo de la demanda espe ando la p opo ción eal de po encia ins alada po zonas. ➢ Escena io 3: la capacidad eléc ica de ene gía e mosola ins alada es un 50% mayo al pico máximo de la demanda espe ando la p opo ción eal de po encia ins alada po zonas. ➢ Escena io 4: la capacidad eléc ica de ene gía e mosola es un 30% mayo al pico máximo de demanda con equidad de po encia ins alada po zonas. ➢ Escena io 5: la capacidad eléc ica de ene gía e mosola es un 30% mayo al pico máximo de demanda y se concen a en la Zona 1. ➢ Escena io 6: la capacidad eléc ica de ene gía e mosola es un 30% mayo al pico máximo de demanda y se concen a en la Zona 2. ➢ Escena io 7: la capacidad eléc ica de ene gía e mosola es un 30% mayo al pico máximo de demanda y se concen a en la Zona 3. ➢ Escena io 8: la capacidad eléc ica de ene gía e mosola es un 30% mayo al pico máximo de demanda y se concen a en la Zona 4. ➢ Escena io 9: la capacidad eléc ica de ene gía e mosola es un 30% mayo al pico máximo de demanda y se concen a en la Zona 5. ➢ Escena io 10: la capacidad eléc ica de ene gía e mosola es un 30% mayo al pico máximo de demanda y se concen a en la Zona 6. 47 47 Todos los escena ios siguen las mismas ecuaciones mencionadas an e io men e (Ec. 34, 35, 36, 37 y 38). Además, las plan as usadas en odos ellos son idén icas, odas cuen an con la máxima po encia nominal posible (50 𝑀𝑊𝑒) y con la misma ecnología de cap ación sola (colec o es cilind o-pa abólicos). En odos los escena ios se hacen el mismo núme o de simulaciones, a iando las ho as nominales de almacenamien o de odas las plan as. Se hacen simulaciones en in e alos de 3 en 3 ho as nominales, desde plan as sin almacenamien o (0 ho as nomianles) has a 30 ho as nominales, que se ían 11 simulaciones. Sin emba go, se decide hace una simulación más, una in e media donde las ho as nominales de almacenamien o sean 7,5 ℎ, que es la capacidad más común con la que cuen an las plan as e mosola es come ciales del pano ama nacional. En o al se hacen 12 simulaciones po escena io. En España, po ley, las plan as de concen ación sola es án au o izadas a p oduci un máximo del 15% de la ene gía o al anual a pa i de la calde a de apoyo de gas na u al [32]. Po ello, el escena io más a o able se á el que p esen e una p oducción meno o igual al 15% con el meno núme o de ho as nominales de almacenamien o y meno cu ailmen posible, en caso de que se pudie a alcanza . 48 48 4.1 Escena io 1: Capacidad ins alada igual al pico máximo de demanda espe ando la dis ibución de po encia en las zonas es ablecidas. En es e p ime escena io la capacidad eléc ica ins alada a a se igual al pico máxima de la demanda a cub i (Figu a 42) que es de 26983 𝑀𝑊𝑒. Como odas las plan as que se an a ins ala se conside an exac amen e iguales (de colec o es CCP y de 50 𝑀𝑊𝑒 de po encia nominal) hay que busca la capacidad ins alada más p óxima a ese alo . Pa a ello, se deben ins ala 27500 𝑀𝑊𝑒 de capacidad o al, co espondien es a un o al de 540 plan as epa idas po las dis in as zonas de o ma p opo cional al pano ama eal: • Zona 1: 8400 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 168 plan as e mosola es. • Zona 2: 5300 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 106 plan as e mosola es. • Zona 3: 10100 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 202 plan as e mosola es. • Zona 4: 1900 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 38 plan as e mosola es. • Zona 5: 1000 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 20 plan as e mosola es. • Zona 6: 300 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 6 plan as e mosola es. En la Figu a 43 se mues a el esul ado de las simulaciones ealizadas con las condiciones del Escena io 1. Se obe a como, al aumen a las ho as nominales de almacenamien o la necesidad de p oduci con gas na u al disminuye, pe o ambién aumen a el cu ailmen . Se puede obse a que, el aumen o de las ho as nominales de almacenamien o eje ce una mayo in luencia sob e la p oducción de gas na u al que sob e el cu ailmen , lo cual iene sen ido, ya que la ene gía que p oduce el gas na u al es la sus i u a a la ene gía cedida po el almacenamien o du an e los pe iodos noc u nos sob e odo. El cu ailmen aumen a al aumen a las ho as nominales de almacenamien o po que du an e los pe iodos en los que se use el almacenamien o y no haya demanda su icien e pa a asumi esa p oducción, aumen a el cu ailmen . Sin emba go, es e escena io no es capaz de cub i la demanda cumpliendo el máximo del 15% impues o po ley (línea neg a pun eada en la Figu a 43). La cu a de gas na u al iende de o ma asin ó ica al 20%, mien as que la de cu ailmen al 37%. Figu a 43. Cu a del po cen aje del cu ailmen espec o a la ene gía anual p oducida po el campo sola y el almacenamien o (na anja) y del gas na u al espec o a la ene gía o al p oducida po la plan a (azul) del Escena io 1. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 % de la ene gía o al p oducida (GN) % de la p oducción desde el campo sola y almacenamien o (Cu ailmen ) Ho as nominales de almacenamien o (h) %Gas Na u al %Cu ailmen 49 49 4.2 Escena io 2: Capacidad ins alada sob edimensionada un 30% espec o al pico máximo de demanda espe ando la dis ibución de po encia en las zonas es ablecidas. En es e escena io se conside a sob edimensiona la capacidad eléc ica ins alada un 30% supe io al pico máximo de la demanda a cub i . Dicha capacidad ins alada debe se de 35078 𝑀𝑊𝑒. Como odas las plan as que se an a ins ala se conside an exac amen e iguales (de colec o es CCP y de 50 𝑀𝑊𝑒 de po encia nominal) hay que busca la capacidad ins alada más p óxima a ese alo . Pa a ello, se deben ins ala 35100 𝑀𝑊𝑒 de capacidad o al, co espondien es a un o al de 702 plan as epa idas po las dis in as zonas de o ma p opo cional al pano ama eal: • Zona 1: 10900 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 218 plan as e mosola es. • Zona 2: 6950 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 139 plan as e mosola es. • Zona 3: 13100 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 262 plan as e mosola es. • Zona 4: 2450 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 49 plan as e mosola es. • Zona 5: 1300 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 26 plan as e mosola es. • Zona 6: 400 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 8 plan as e mosola es. Como se puede obse a en la Figu a 44, el compo amien o de ambas cu as con el aumen o de las ho as nominales de almacenamien o es igual al del p ime escena io, es el compo amien o espe ado. Sin emba go, en es e escena io en el que la po encia ins alada es mayo (y, po an o, una mayo capacidad de almacenamien o) las cu as ienen una e olución más ápida que en el Escena io 1. Es deci , la cu a de gas na u al decae más ápido y la del cu ailmen c ece más ápido con el aumen o de las ho as nominales de almacenamien o. La cu a de gas na u al iene el compo amien o espe ado, decae con el aumen o de ho as nominales y es capaz de alcanza el 15% con 28 ho as de almacenamien o. La cu a de cu ailmen c ece con el aumen o de las ho as nominales, pe o de o ma sua e, es deci , la in luencia del aumen o de las ho as nominales de almacenamien o es meno en el cu ailmen que en el gas na u al. Figu a 44. Cu a del po cen aje del cu ailmen espec o a la ene gía anual p oducida po el campo sola y el almacenamien o (na anja) y del gas na u al espec o a la ene gía o al p oducida po la plan a (azul) del Escena io 2. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 % de la ene gía o al p oducida (GN) % de la p oducción desde el campo sola y almacenamien o (Cu ailmen ) Ho as nominales de almacenamien o (h) %Gas Na u al %Cu ailmen 50 50 4.3 Escena io 3: Capacidad ins alada sob edimensionada un 50% espec o al pico máximo de demanda espe ando la dis ibución de po encia en las zonas es ablecidas. En es e escena io se conside a sob edimensiona la capacidad eléc ica ins alada un 50% supe io al pico máximo de la demanda a cub i . Dicha capacidad ins alada debe se de, al menos, 40474,5 𝑀𝑊𝑒. Como odas las plan as que se an a ins ala se conside an exac amen e iguales (de colec o es CCP y de 50 𝑀𝑊𝑒 de po encia nominal) hay que busca la capacidad ins alada más p óxima a ese alo . Pa a ello, se deben ins ala 40500 𝑀𝑊𝑒 de capacidad o al, co espondien es a un o al de 810 plan as epa idas po las dis in as zonas de o ma p opo cional al pano ama eal: • Zona 1: 12600 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 252 plan as e mosola es. • Zona 2: 7950 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 159 plan as e mosola es. • Zona 3: 15150 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 303 plan as e mosola es. • Zona 4: 2850 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 57 plan as e mosola es. • Zona 5: 1500 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 30 plan as e mosola es. • Zona 6: 450 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 9 plan as e mosola es. En la Figu a 44 se obse a como la endencia de ambas cu as es la misma que en los casos an e io es, la de gas na u al disminuye y la de cu ailmen aumen a cuando se aumen an las ho as nominales de almacenamien o. Sin emba go, se ap ecia como la cu a de gas na u al alcanza el 15% de la ene gía o al p oducida con 26 ho as nominales de almacenamien o, alo meno que en el escena io an e io (28 ho as). Sin emba go, el cu ailmen alcanza su lími e en el 85%, mayo al del Escena io 2. En es e escena io se puede consegui un po cen aje meno de gas na u al (en o no al 10%) pe o con un cu ailmen signi ica i amen e al o, alcanzando el alo del 95%. Es po es o po lo que se conside a un sob edimensionamien o excesi o y el es o de los escena ios se calcula á con el sob edimensionamien o del 30%. Figu a 45. Cu a del po cen aje del cu ailmen espec o a la ene gía anual p oducida po el campo sola y el almacenamien o (na anja) y del gas na u al espec o a la ene gía o al p oducida po la plan a (azul) del Escena io 3. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 036912 15 18 21 24 27 30 % de la ene gía o al p oducida (GN) % de la p oducción desde el campo sola y almacenamien o (Cu ailmen ) Ho as nominales de almacenamien o (h) %Gas Na u al %Cu ailmen 51 51 4.4 Escena io 4: Capacidad ins alada sob edimensionada un 30% espec o al pico máximo de demanda con equidad de po encia ins alada en odas las zonas. En es e escena io se conside a sob edimensiona la capacidad eléc ica ins alada un 30% supe io al pico máximo de la demanda a cub i . Dicha capacidad ins alada debe se de 35078 𝑀𝑊𝑒. Como odas las plan as que se an a ins ala se conside an exac amen e iguales (de colec o es CCP y de 50 𝑀𝑊𝑒 de po encia nominal) hay que busca la capacidad ins alada más p óxima a ese alo . Pa a ello, se deben ins ala 35100 𝑀𝑊𝑒 de capacidad o al, co espondien es a un o al de 702 plan as epa idas po las dis in as zonas de o ma p opo cional al pano ama eal: • Zona 1: 5850 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 117 plan as e mosola es. • Zona 2: 5850 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 117 plan as e mosola es. • Zona 3: 5850 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 117 plan as e mosola es. • Zona 4: 5850 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 117 plan as e mosola es. • Zona 5: 5850 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 117 plan as e mosola es. • Zona 6: 5850 𝑀𝑊𝑒 equi alen es a un o al de 117 plan as e mosola es. El compo amien o es muy simila al del Escena io 2, pe o en es e caso se puede obse a en la Figu a 46 como la cu a de cu ailmen e p esen a una mayo linealidad en su p ime amo. Además, el mínimo de cu ailmen es meno que en el Escena io 2 (47% en ez de 49%) y el máximo ambién es meno (64% en ez de 65%). Ci as que a ían muy poco pe o que indican que exis e una di e encia en e es a las plan as equi a i amen e dis ibuidas y es a en las p opo ciones o iginales. Figu a 46. Cu a del po cen aje del cu ailmen espec o a la ene gía anual p oducida po el campo sola y el almacenamien o (na anja) y del gas na u al espec o a la ene gía o al p oducida po la plan a (azul) del Escena io 4. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 % de la ene gía o al p oducida (GN) % de la p oducción desde el campo sola y almacenamien o (Cu ailmen ) Ho as nominales de almacenamien o (h) %Gas Na u al %Cu ailmen 58 58 4.11 Resul ados ob enidos en las simulaciones de los escena ios. Como se puede obse a en el Escena io 1, con a con una capacidad ins alada del sis ema igual al pico máximo de demanda (del año 2016) no es su icien e pa a cub i la, alcanzándose un mínimo de gas na u al necesa io insu icien e como pa a sus i ui el sis ema ene gé ico ac ual. También, cuen a con un cu ailmen mode ado pa a es e ipo ins alaciones. El Escena io 3 p esen a un sis ema un 50% sob edimensionado sob e el pico máximo de la demanda y, como se puede obse a , se ob iene un cu ailmen signi ica i amen e ele ado. Es po es o, po lo que ambos escena ios se desca an, y se op a po sob edimensiona el sis ema un 30%, el cual p esen a un mejo ap oximamien o al alo necesa io de gas na u al y p esen a un cu ailmen mode ado-al o. Po ello, el Escena io 2 se omo como el escena io base y odos los escena ios pos e io es se han simulado con una capacidad eléc ica ins alada de un 30% sob e el pico máximo de demanda, 35,1 𝐺𝑊𝑒. En odos los escena ios, la cu a de gas na u al iene un compo amien o muy pa ecido; cuen a con un p ime amo en el que la dependencia con las ho as nominales de almacenamien o es al amen e lineal. Has a las 9 o 12 ho as nominales de almacenamien o la cu a de gas na u al decae de o ma lineal, en o no a un 10% po un aumen o de 3 ho as nominales de media. Tiene un segundo amo en el que la dependencia se con ie ne en una exponencial nega i a llegando a alcanza un alo asin ó ico cuando aumen an las ho as nominales de almacenamien o. El cu ailmen ambién iene un compo amien o común a odos los escena ios con excepción del Escena io 9 y del Escena io 10. En el es o de los escena ios iene un compo amien o simila ; un p ime amo en el que el cu ailmen aumen a de o ma loga í mica con las ho as de almacenamien o, has a las 9 o 12 ho as nominales. El segundo amo suele alcanza el alo asin ó ico siendo independien e de las ho as nominales. Sin emba go, los escena ios 9 y 10 ienen un p ime amo igual en el que se alcanza el máximo, solo que en su segundo amo no se man iene cons an e, sino que dec ece le emen e con la sho as nominales de almacenamien o. En la Tabla 6 se mues an los esul ados ob enidos en los escena ios, los angos de ambas cu as (gas na u al y cu ailmen ) de 0 a 30 ho as nominales de almacenamien o y las ho as nominales a las que se alcanza el 15% de p oducción a pa i del gas na u al. Tabla 6. Resul ados ob enidos de las simulaciones de los escena ios. Escena io Rango de gas na u al (%) Rango de cu ailmen (%) Ho as nominales con las que se alcanza el 15 % de gas na u al 1 20-72 27-37 *No se alcanza. 2 14-69 49-65 Con 28 ho as. 3 11-68 65-85 Con 26 ho as. 4 14-68 47-64 Con 28 ho as. 5 14-68 54-69 Con 28 ho as. 6 18-71 49-68 *No se alcanza. 7 17-70 54-70 *No se alcanza. 8 11-69 55-69 Con 24 ho as. 9 14-70 58-72 Con 28 ho as. 10 25-73 55-76 *No se alcanza. * No se alcanza con el ango de ho as nominales simuladas, aunque se ace can a su alo asin ó ico. 59 59 Del Escena io 5 al Escena io 10 se hace una e aluación de cómo a ec a cada zona a la necesidad de p oduci ene gía usando gas na u al y al cu ailmen . Ag upando odas las plan as en la zona 1 (Escena io 5), se puede alcanza el 15% de gas na u al con 28 ho as nominales y un cu ailmen mode ado, eniendo en él poca in luencia las ho as nominales a pa i de 9 ho as. En la zona 2 (Escena io 6) la in luencia que ienen las ho as nominales de almacenamien o es meno que en la zona 1, la cu a de gas na u al es más sua e y la de cu ailmen ambién, po eso, no se alcanza el 15% de gas na u al, pe o se alcanza un alo meno de cu ailmen ambién. Con odas las plan as ag upadas en la zona 3 (Escena io 7) ampoco se alcanza el 15% de gas na u al, aunque la in luencia de las ho as nominales es algo mayo que en la zona 2, con ando con un cu ailmen mayo . En la zona 4 (Escena io 8) es donde mejo es esul ados se ob ienen, con la meno necesidad de gas na u al y un cu ailmen mode ado, alcanzándose el 15% de gas na u al con 24 ho as nominales, el alo más bajo ob enido en odas los escena ios, incluso mayo que el escena io donde el sis ema es á un 50% sob edimensionado. Con odo el conjun o de plan as e mosola es ins aladas en la zona 5 (Escena io 9), se alcanza el 15% obje i o con 28 ho as nominales, pe o con un cu ailmen i egula y ele ado. En la zona 6 se consigue el peo esul ado de odas las simulaciones, con una necesidad de gas na u al muy ele ada, mayo que la del escena io en el que el sis ema no es á sob edimensionado, y un cu ailmen muy ele ado ambién. Tal y como se plan ea el modelo del compo amien o de las plan as e mosola es, la p oducción y el almacenamien o solo dependen de la adiación sola ecibida, po ello, las cu as de cu ailmen y de gas na u al an a depende ambién de dicha adiación sola . El esul ado espe ado es que cuan a mayo adiación sola haya se espe a un mayo cu ailmen , po que el sis ema pod ía p oduci más de lo que la demanda puede asumi , pe o ambién una meno can idad de gas na u al, ya que el almacenamien o se ha debido ca ga más. No obs an e, con los esul ados ob enidos se puede obse a que no se llega a alcanza una solución que pe mi a que la ecnología de concen ación sola desplace a las ecnologías que usan combus ibles ósiles del mix de gene ación eléc ica. No hay ninguna solución, de las analizadas, que implique una capacidad de almacenamien o mode ada (pocas ho as nominales), que alcance el máximo de p oducción median e usando gas na u al (el 15%) y que enga un cu ailmen bajo o mode ado. Es po ello po lo que se p opone el uso de plan as de ciclo combinado de gas na u al como espaldo (backup) a las plan as e mosola es. Pa a calcula la ene gía que deben apo a las plan as de ciclo combinado que se deben ins ala , el amaño de es as y el ac o de capacidad, se escogen 5 escena ios di e en es, donde a ía la po encia ins alada de plan as CSP y la necesidad de gas na u al es di e en e, se escogen los escena ios 1, 2 ,3, 8 y 10. El óp imo de ho as nominales de almacenamien o se encuen a en e 9 y 12 ho as, dependiendo del escena io, que es donde la dependencia del gas na u al con las ho as nominales es lineal. El po cen aje de la ene gía o al que deben p oduci las plan as de ciclo combinado se calcula como el po cen aje de la ene gía que debe p oduci el gas na u al menos el 15% que puede p oduci la plan a CSP po la ene gía de la p oducción eal y el gas na u al. %𝐸𝑐𝑐 =%𝐺𝑁𝐻𝑛𝑜𝑚𝑜𝑝 −15% (𝑞𝑢𝑒 𝑎𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎 𝑙𝑎 𝑝𝑙𝑎𝑛𝑡𝑎 𝐶𝑆𝑃) Ec.39 𝑃𝑐𝑐(𝑀𝑊)= 𝐷𝑖𝑚á𝑥 − (𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑖+𝐸𝐺𝑁𝑖) Ec.40 𝐶𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑦 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 (𝐶𝐹)=%𝐸𝑐𝑐 ·(∑𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑐𝑖ó𝑛 𝑟𝑒𝑎𝑙𝑖+0,15·𝐸𝐺𝑁𝑖) (𝑀𝑊ℎ) 𝑃𝑐𝑐(𝑀𝑊)·8784 (ℎ) Ec.41 La po encia ins alada que debe habe de ciclo combinado de gas na u al debe se el pico máximo de demanda ya que en cualquie momen o la p oducción del conjun o de plan as CSP puede se nula y el ciclo combinado debe pode cub i la. Es un modo conse ado de es udia la necesidad de usa las plan as de ciclo combinado como uen es auxilia es, po lo que la po encia in alada en odos los casos iene que se de 26983 𝑀𝑊𝑒. 60 60 Se deciden es udia los escena ios mencionados po p esen a una g an di e encia en e la necesidad de apoyo de gas na u al de cada uno. En la Tabla 7 se mues an los esul ados ob enidos en los di e en es escena ios e aluados. Tabla 7. Resul ados ob enidos con la simulación con plan as auxilia es de ciclo combinado de gas na u al. Escena io 𝑯𝒏𝒐𝒎 óp imas %𝑬𝒄𝒄 𝑪𝒂𝒑𝒂𝒄𝒊𝒕𝒚 𝑭𝒂𝒄𝒕𝒐𝒓 (%) 1 12 22 12 2 9 24 14 3 12 15 8 8 12 17 9 10 12 25 14 61 61 5 CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO Se han ob enido dos conclusiones p incipales: • No se puede cub i (con la po encia eléc ica ins alada, la localización y las ho as nominales de almacenamien o analizadas) la demanda ne a y cumpli el obje i o del 15% máximo de gas na u al empleando únicamen e plan as sola es e moeléc icas de colec o cilind o-pa abólico. Po es o, se sabe que la ecnología analizada no es capaz de desplaza o almen e del mix eléc ico a las ecnologías de combus ión ósiles, siendo necesa io un backup de dichas ecnologías. En es e caso se supone el uso de las plan as de ciclo combinado de gas na u al que, en e las ósiles, es la que menos con ibuye a la emisión de gases e ec o in e nade o. • Exis e una co elación en e la necesidad de ese backup y las ho as nominales de almacenamien o é mico; dicha necesidad disminuye linealmen e con el aumen o de las ho as nominales has a las 9 o 12 ho as (dependiendo del escena io es udiado) y después aumen a las ho as nominales iene una in luencia signi ica i amen e meno en la necesidad del backup. Como abajo u u o pa a mejo a el modelo c eado y, po consecuencia, la p ecisión de los esul ados ob enidos, se p oponen dos mejo as: la p ime a se ía adop a los ac o es de po encia mínima en in e alos ho a ios de mane a que siga la p edicción de la demanda pa a pode ajus a se a ella. La segunda mejo a se ía se capaz de ap o echa el cu ailmen (en el modelo ac ual no se conside a esa opción) de modo que el almacenamien o se ca gue con esa ene gía que la demanda no es capaz de asumi , disminuyendo así la necesidad del espaldo ene gé ico que p opo ciona las plan as de ciclo combinado de gas na u al. 62 62 63 63 6 REFERENCIAS [1] D . Ch is Sansom om C an ield Uni e si y, O he Aspec s o Si e Selec ions, UK (2017). [2] González-Roubaud, E., Pé ez-Oso io, D., & P ie o, C. (2017). Re iew o comme cial he mal ene gy s o age in concen a ed sola powe plan s: S eam s. mol en sal s. Renewable and Sus ainable Ene gy Re iews, 80, 133-148. [3] Blanc, P., Espina , B., Geude , N., Gueyma d, C., Meye , R., Pi z-Paal, R., ... & Wilbe , S. (2014). Di ec no mal i adiance ela ed de ini ions and applica ions: The ci cumsola issue. Sola Ene gy, 110, 561-577. [4] RENOVGAL. 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Dicha ecuación, jun o con el cálculo de la masa o al, ambas pa icula izadas pa a el es udio del almacenamien o é mico en plan as e mosola es, se p esen an a con inuación: 𝑷𝒏𝒐𝒎(𝑀𝑊𝑒) ƞ𝑐𝑖𝑐𝑙𝑜 =𝒎 󰇗𝒔(𝑘𝑔 𝑠)·𝑪𝒑𝒔𝒂𝒍 (𝑀𝐽 𝑘𝑔·𝐾)·∆𝑻(𝐾) Ec.1 𝑯𝒏𝒐𝒎(ℎ)·3600𝑠 ℎ · 𝒎𝒔 󰇗(𝑘𝑔 𝑠)=𝑴𝑻(𝑘𝑔) Ec.2 Pa a pode aplica las di ec amen e en el modelo se deben ag upa las ecuaciones 1 y 2, ob iendose la siguien e ecuación: 𝑯𝒏𝒐𝒎(𝒉)=𝑴𝑻(𝑻𝒎) 𝟑𝟔𝟎𝟎(𝒔 𝒉)· 𝑷𝒏𝒐𝒎 𝜼𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐 ·𝑪𝒑(𝑴𝑱 𝑻𝒎·𝑲)·∆𝑻(𝑲) Ec.3 De la Ecuación 3 se deben conoce las es icciones que se le ponen al modelo: la po encia nominal, el endimien o del ciclo, el sal o é mico de las sales y algunas de las dos es icciones; la masa de sales o las ho as nominales de almacenamien o. Sin emba go, el calo especí ico y la densidad (usada pa a el cálculo del olumen necesa io de los anques) son p opiedades in ínsecas de la mezcla de sales undidas y po ello, se han buscado cómo a ían es as con la empe a u a [20]. Aunque en la bibliog a ía consul ada se haga un es udio sob e o a ecnología de concen ación sola , la mezcla de sales es la misma que la usada en las plan as CCP (60% de NaNO3 y 40% de KNO3), po lo que las p opiedades que p esen a son aplicables a las plan as usadas en es e abajo. En la Figu a AI.1 se mues a la dependencia del calo especí ico con la empe a u a y se puede ap ecia que en el ango de empe a u as de ope ación (𝑇𝑐𝑜𝑙𝑑 =293º𝐶 𝑦 𝑇ℎ𝑜𝑡 =393º𝐶) la elación es al amen e lineal, po lo que se puede ob ene la siguien e co elación lineal: 𝑪𝒑(𝑀𝐽 𝑘𝑔·º𝐶)=1,443·10−3 +0,172·10−6 ·𝑻𝒎𝒆𝒅(º𝐶) Ec.4 66 66 Figu a I.1. Dependencia del calo especí ico de la sal sola con la empe a u a [20]. En la Figu a I.2 se mues a la dependencia de la densidad de la sal sola con la empe a u a y se puede ap ecia que su elación es al amen e lineal en odo el ango de empe a u as es udiado y, po lo an o, ambién es lineal en el ango de empe a u as de ope ación. Se ob iene la co elación lineal: La endencia del compo amien o de la densidad es la opues a al calo especí ico, cuando la empe a u a aumen a el calo especí ico ambién, pe o la densidad disminuye. Figu a I.2. Dependencia de la densidad de la sal sola con la empe a u a [20]. Pa a pone un ejemplo del cálculo, se a a usa la plan a simulada en el p oyec o inal de ca e a de Ba ea cuyos da os se p esen an en la Tabla I.1 Pa a el calo especí ico se usa una empe a u a media de ope ación (que no di e e si se oma el alo eal in eg ando en e las dos empe a u as. Esa empe a u a media de ope ación se á la media a i mé ica de las empe a u as máxima y mínima, 𝑇𝑚𝑒𝑑 =339,5º𝐶. Con esa empe a u a se ob iene un 𝝆(𝑘𝑔 𝑚3)=2090−0,636·𝑻𝒎á𝒙(º𝐶) Ec.5 67 67 calo especí ico de 1,5014·10−3 𝑀𝐽 𝑘𝑔·º𝐶. Con odos los da os, excep o la masa que es la que se quie e calcula pa a la si uación inicial desc i a al p incipio, se ob ienen un lujo másico 𝒎𝒔 󰇗=𝟗𝟎𝟑,𝟕𝒌𝒈 𝒔 y una masa o al de 𝑴𝑻=𝟐𝟒𝟒𝟎𝟎·𝟏𝟎𝟑 𝒌𝒈. Tabla I.1. Da os de la plan a e mosola simulada [11]. Pa áme o Valo Unidades Localización La i ud 37,42 Longi ud -6,23 º I adiación di ec a no mal (DNI) Ve ano 5,33 In ie no 2,49 𝑘𝑊ℎ 𝑑í𝑎·𝑚2 Po encia de diseño 50 𝑀𝑊𝑒 Ho as nominales de almacenamien o 7,5 ℎ Tempe a u a anque de sales calien es 393 º𝐶 Tempe a u a de sales ías 293 º𝐶 Rendimien o del ciclo 〖(𝜼〗𝒄𝒊𝒄𝒍𝒐) 0,38 𝑀𝑊𝑒 𝑀𝑊𝑡ℎ Pa a o os sis emas de almacenamien o que usen el mismo acei e é mico y la misma sal sola , con el mismo sal o é mico y la misma po encia nominal deben ene lujos másicos muy pa ecidos, aunque deben se mayo es, ya que en el caso de es udio no se ienen en cuen a las pé didas é micas. La masa o al de sales depende á de la can idad (u ho as de almacenamien o pa a suminis a la po encia nominal) pudiendo ene el mismo lujo másico, pe o masa o al de sales di e en e. Compa ando con los da os o ecidos po el a ículo Dynamic simula ion o wo- ank indi ec he mal ene gy s o age sys em wi h mol en sal [21], se puede comp oba que el cálculo ealizado iene sen ido: el lujo másico del a ículo mencionado es de 931,3𝑘𝑔 𝑠, mayo que el ob enido debido a que en el cálculo no se ienen en cuen a las pé didas é micas del anque y del in e cambio con el acei e é mico. Pa a el cálculo del olumen necsa io de los anques hay que ene en cuen a dos cosas: cada anque debe ene la capacidad de almacena oda la can idad de sales exis en es en el sis ema y hab á que diseña los según la condición más des a o able, es deci , cuando la misma masa de sales ocupe más olumen: densidad meno . Es a densidad se da cuando la empe a u a es la más al a, es deci , 393 º𝐶 cuya densidad se ía de 1840,1𝑘𝑔 𝑚3. Pa a esa densidad y esa masa de sales, cada anque debe ía ene un olumen ap oximado de: 𝑽=𝟏𝟑𝟐𝟔𝟎,𝟕 𝒎𝟑. 74 74 Ho as eales (h) 4,88 Po encia nominal (MW) Masa de sales (Tm) (ms) Clima soleado (%) Coe . Alm o. ( a) Coe . Po encia mín. ( m) 50 24400,4 65 1 1 Nominal (h) (Anom) 7,5 Figu a II.4. Si uación en la que se a ía la a iable del Clima espec o a la si uación inicial. Como se puede obse a el almacenamien o sigue suminis ando la po encia nominal, ya que el ac o de po encia mínima m es igual a uno. Pe o al es a inculado el clima con las ho as eales de almacenamien o de o ma p opo cional, las ho as de almacenamien o disminuyen. Es po es o, que suminis a la po encia nominal du an e solo 4,8 h y no las ho as nominales. Se asume que el clima a ec a p opo cionalmen e a odo el día de p oducción. Es a si uación cambia cuando a iamos el ac o de po encia mínima, ya que el almacenamien o es capaz de suminis a la po encia mínima que dicho ac o , indica du an e más iempo. Es o se debe a que al disminui la ene gía que iene que suminis a po ho a, puede abaja du an e más ho as (pa a una misma can idad de ene gía almacenada) al y como se mues a en la Figu a II.5. 0 10 20 30 40 50 60 0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36 0:00 MWh CSP simulacion CSP solo CSP+Alm. 75 75 Ho as eales (h) 7,5 Po encia nominal (MW) Masa de sales (Tm) (ms) Clima soleado (%) Coe . Alm o. ( a) Coe . Po encia mín. ( m) 50 24400,4 100 1 0,6 Nominal (h) (Anom) 7,5 Figu a II.5. Si uación en la que se a ía el ac o de po encia espec o a la si uación inicial. Es o demues a que el almacenamien o es á diseñado pa a suminis a 50 MW de po encia du an e 7,5 h, pe o si la po encia que suminis a es meno abaja más ho as, en es e caso con un 𝑓𝑚=0,60 es capaz de suminis a 30 MW du an e 12 h. El ac o de almacenamien o 𝑓𝑎 es á pensado pa a co egi pe u baciones que no se ecogen con las demás a iables, es deci , cuando po ci cuns ancias ajenas al clima se almacene menos ene gía de la debida. Su unción es la de a enua las ho as de almacenamien o de o ma di ec amen e p opo cional, si 𝑓𝑎=0,8 las ho as de almacenamien o (con Clima cons an e) se e ían educidas en un 20%, al y como se mues a en la Figu a II.6. En de ini i a, el ac o de almacenamien o disminuye las ho as eales de almacenamien o. 0 10 20 30 40 50 60 0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36 0:00 MWh CSP simulacion CSP solo CSP+Alm. 76 76 Ho as eales (h) 6 Po encia nominal (MW) Masa de sales (Tm) (ms) Clima soleado (%) Coe . Alm o. ( a) Coe . Po encia mín. ( m) 50 24400,4 100 0,8 1 Nominal (h) (Anom) 7,5 Figu a II.6. Si uación en la que se a ía el ac o de almacenamien o espec o a la si uación inicial. Si se aumen a la can idad de sales que se usan pa a almacena ene gía (MT), como es de espe a , las ho as nominales de almacenamien o 𝐴_𝑛𝑜𝑚 ambién aumen an (la elación en e ellas se es udia en el Anexo 1: Cálculo de la masa de sales undidas). Si bien, es cie o que exis e un lími e ísico en la e ención de la ene gía sola ya que la i adiación sola (W/m2) es limi ada, po lo que hab á un lími e en el que aumen a la can idad de sales no aumen e la can idad de ene gía almacenada. Además, ambién hay que ene en cuen a endimien o de los cap ado es cilind o-pa abólicos. Se puede obse a , al y como mues a la Figu a II.7, que aumen a el iempo de abajo que el almacenamien o es capaz de suminis a la po encia nominal. Aunque es a a iable iene ijada po el diseño del almacenamien o, ya que, una ez ma e ializado el diseño, no se pod á aumen a la can idad de sales, po un simple p oblema de olumen de almacenamien o de dichas sales; los anques una ez cons uidos ienen una capacidad limi ada. 0 10 20 30 40 50 60 0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36 0:00 MWh CSP simulacion CSP solo CSP+Alm. 77 77 Ho as eales (h) 7,5 Po encia nominal (MW) Masa de sales (Tm) (ms) Clima soleado (%) Coe . Alm o. ( a) Coe . Po encia mín. ( m) 50 39040 100 1 1 Nominal (h) (Anom) 12 Figu a II.7. Si uación en la que se a ía la masa de sales, es deci , las ho as nominales de almacenamien o espec o a la si uación inicial. Has a aho a solo se ha e aluado la p oducción a pa i de dos sis emas: el campo sola y el almacenamien o é mico, pe o aún no ha en ado en juega el apoyo de la calde a de gas na u al. La calde a en a en juego en cuan o se es ablece un obje i o de p oducción eléc ica, como se a a ealiza en el apa o siguien e. 3. Apo e ene gé ico de gas na u al El apoyo de gas na u al se calcula a pa i de una p oducción ene gé ica obje i o, una pa a la anja ho a ia diu na y o a pa a la anja ho a ia noc u na. Ambas ene gías son a iables y se asignan según el obje i o ene gé ico ma cado. En el modelo ienen el nomb e de Ene gía obje i o (día/noche). Como se mues a en la Figu a AII.8, hay unas celdas des inadas a calcula la ene gía que debe apo a el gas na u al. Ma cando la gene ación eléc ica diu na obje i o en 500 MWh y la noc u na en 300 MWh, se e que, con las condiciones iniciales, el obje i o diu no se cumple, es más lo supe a en 64,7 MWh. Sin emba go, el noc u no no se cumple, es po ello po lo que el gas na u al iene que apo a la di e encia ene gé ica, 28,7 MWh lo que supone un 3,4% de la ene gía o al. Los alo es ma cados de gene ación eléc ica obje i o son asumidos y se pueden cambia po que son a iables en el modelo (Tabla II.2 ). Si cambiamos la gene ación eléc ica obje i o (día y noche), con odas las demás a iables cons an es en los alo es de la si uación inicial, se puede cons ui una abla de los po cen ajes o ales de gas na u al que hay que suminis a pa a cumpli los obje i os. Es os po cen ajes se mues an en la Tabla II.2, ob enidos del modelo de la misma o ma que se ob ienen en la hoja de cálculo mos ada en la Figu a II.8. 0 10 20 30 40 50 60 0:00 2:24 4:48 7:12 9:36 12:00 14:24 16:48 19:12 21:36 0:00 MWh CSP simulacion CSP solo CSP+Alm. 78 78 Figu a II.8. Cálculo de la ene gía que debe apo a el gas na u al espec o a la si uación inicial. La endencia espe ada es que a mayo obje i o ene gé ico ( an o en la anja noc u na como en la diu na) mayo se á el po cen aje, espec o al o al de la ene gía, que enga que apo a el gas na u al. Tabla II.2. Po cen ajes (%) de la ene gía que debe apo a el gas na u al espec o al o al del obje i o ene gé ico (MWh) pa a cumpli lo. Día Noche 400 500 600 700 200 0 0 4,2 16,2 300 3,4 3,4 7,7 19,6 400 15,4 15,4 19,6 31,6 500 27,4 27,4 31,3 43,5 600 39,3 39,3 43,5 55,5 Como la p oducción ene gé ica du an e el día es de 564,7 MWh, la calde a de gas na u al no iene que apo a ene gía en la anja diu na cuando la ene gía diu na obje i o ma cada sea meno de ese alo . Lo mismo ocu e con la anja noc u na, en la cual se p oducen 271,3 MWh y po lo an o una ene gía obje i o meno de ese alo causa que la calde a de gas na u al no necesi e abaja . La p oducción ene gé ica máxima (con una po encia nominal de 50 MW y 7,5 h de almacenamien o eal), sin con a con la calde a de gas, es la que apa ece en la Ilus ación 8; du an e el día 564,7 MWh y du an e 79 79 la noche 271,3 MWh. Po lo que, pa a o as condiciones que no sean las iniciales, esos alo es se ían unas ene gías obje i o, no males. La endencia del apo e del gas na u al se puede obse a de o ma más cla a en la Figu a II.9, donde se ep esen an los da os ob enidos po el modelo. Figu a II.9. Rep esen ación del po cen aje de la ene gía o al que iene que apo a el gas na u al con di e en es ene gías obje i o en las dos anjas de es udio, día y noche. 400 500 600 700 0 10 20 30 40 50 60 200 300 400 500 600 EO. Día (MWh) % EO.Noche (MWh) 0-10 10-20 20-30 30-40 40-50 50-60 80 80 81 81 ANEXO III: CÓDIGO DE LA SIMULACIÓN DE UNA PLANTA DE CCP EN EES®. El código o iginal es u o del abajo ealizado po Se gio J. Na as p esen ado en el a ículo Op imal con ol applied o dis ibu ed sola collec o ields wi h pa ial adia ion [19]. El código p esen ado en es e anexo es el mismo, pe o con los pa áme os ac ualizados pa a las condiciones de es e abajo (sub ayados en ama illo). El so wa e usado es Enginee ing Ecua ion Sol e ®. {CAMPO SOLAR} Tsalcamp=393 Ta=25 Tin=TsalE_acei e I=850 ‘W/m2 o =903,0-0,672*Tin n0=0,78 G=5,77 ‘m L1=600 ‘m L2=62 ‘m nlazos=95 H =1430 c =1820+3,76*((Tsalcamp+Tin)/2) Hl=0,3286 l_1=0,082 Hp=0,3 a1=((I*n0*G)+(Hl*G*Ta))/((Hl*G)+(l_1*H )) c=((Hl*G)/((Hl*G)+(l_1*H ))) d=(l_1*H )/(c ) e=(Hp*Ta)/((Hp)+(l_1*H )) =((Hp)/((Hp)+(l_1*H ))) a g1=(a1-c*Tin)/(a1-c*Tsalcamp) m1=((d*L1*c)/(ln(a g1)))*nlazos a g2=(e- *Tin)/(e- *Tsalcamp) m2=((d*L2* )/(ln(a g2)))*nlazos ma=m1+m2 {RECALENTADOR} Ten R_ apo =Tsa en u b Ten R_acei e=Tsalcamp Cp_acei eR=(1820+3,76*((Ten R_acei e+TsalR_acei e)/2))/1000 Tmed apR=(Ten R_ apo +TsalR_ apo )/2 Cp_ apo R=Cp(S eam;T=Tmed apR;P=Pen u b+1) UA_R=488,6 a g =(TsalR_acei e-Ten R_ apo )/(Ten R_acei e-TsalR_ apo ) loga i mo_a g =(ln(a g )) DTLM_R=((TsalR_acei e-Ten R_ apo )-(Ten R_acei e-TsalR_ apo ))/loga i mo_a g QR=ma*Cp_acei eR*(Ten R_acei e-TsalR_acei e) QR=m ap*Cp_ apo R*(TsalR_ apo -Ten R_ apo ) {TsalR_ apo =Ten R_acei e-10} QR=UA_R*DTLM_R 82 82 {VAPORIZADOR} TmedaguaV=(Ten V_agua+TsalV_ apo )/2 Cp_aguaV=Cp(Wa e ;T=TmedaguaV;P=Pen u b) Cp_acei eV=(1820+3,76*((Ten V_acei e+TsalV_acei e)/2))/1000 Ten V_acei e=TsalR_acei e {Ten V_agua=TsalV_acei e-10} {Ten V_acei e=Tsa en u b+10} TsalV_ apo =Tsa en u b Ten V_agua=TsalE_agua Ten V_ apo =TsalV_ apo UA_V=1607 a g =(TsalV_acei e-Ten V_ apo )/(Ten V_acei e-TsalV_ apo ) loga i mo_a g =(ln(a g )) DTLM_V=((TsalV_acei e-Ten V_ apo )-(Ten V_acei e-TsalV_ apo ))/loga i mo_a g {LOG10(Pen u b)=5,116-(1687,537/(TsalV_ apo +230,17))} Hlsa =En halpy(Wa e ;x=0;P=Pen u b) H sa =En halpy(Wa e ;x=1;P=Pen u b) H ap=H sa -Hlsa QV=ma*Cp_acei eV*(Ten V_acei e-TsalV_acei e) q e=(TsalV_ apo -Ten V_agua) QV=m ap*h ap+(mw*Cp_aguaV*q e) QV=UA_V*DTLM_V {ECONOMIZADOR} TmedaguaE=(Ten E_agua+TsalE_agua)/2 Ten E_agua=Tsa sal u b Ten E_acei e=TsalV_acei e {TsalE_acei e=Tsalcamp-140} {TsalE_agua=Tsa en u b} Cp_acei eE=(1820+3,76*((Ten E_acei e+TsalE_acei e)/2))/1000 Cp_aguaE=Cp(Wa e ;T=TmedaguaE;P=Pen u b) mw=m ap UA_E=1026 a g_a ge=(Ten E_acei e-TsalE_agua) a ge=(TsalE_acei e-Ten E_agua)/a g_a ge loga i mo_a ge=(ln(a ge)) DTLM_E=((TsalE_acei e-Ten E_agua)-(Ten E_acei e-TsalE_agua))/loga i mo_a ge QE=ma*Cp_acei eE*(Ten E_acei e-TsalE_acei e) QE=mw*Cp_aguaE*(TsalE_agua-Ten E_agua) QE=UA_E*DTLM_E {Tin=TsalE_acei e} {TURBINA} L=0,05 nmec=0,97 Ten u b=TsalR_ apo {Pen u b=8000} k=0,00684 Psal u b=5,63 m ap=k*Pen u b Tsa en u b=T_sa (Wa e ;P=Pen u b) Tsa sal u b=T_sa (Wa e ;P=Psal u b) 83 83 IncTsa =Tsa en u b-Tsa sal u b Hen u b=En halpy(Wa e ;T=Ten u b;P=Pen u b) Sen u b=En opy(Wa e ;T=Ten u b;P=Pen u b) Hsal u bisen=En halpy(Wa e ;s=Sen u b;P=Psal u b) a=-463+3,53*IncTsa b=1,220+0,000148*IncTsa IncHisen=Hen u b-Hsal u bisen n=((L+1)/b)*(IncHisen-(a/m ap)) Win =(L/b)*(IncHisen*m ap-a)/1000 W=((n*m ap/1000)-Win ) Hsal u b=Hen u b-(W/(nmec*m ap)) nisen=(Hen u b-Hsal u b)/IncHisen n o =W*1000/(m ap*IncHisen) 90 90 91 91 93 94 94 ANEXO V: DIAGRAMAS DE FLUJO DEL MODELO En es e anexo se p esen an los dos diag amas de lujo impo an es del modelo ma emá ico. En el p ime diag ama se mues a cómo se calcula la p oducción eléc ica del campo sola y las ho as (a po encia nominal) de ca ga del almacenamien o. En el segundo diag ama se mues a cómo se calculan las ho as disponibles en el almacenamien o (a po encia nominal) y las ho as de desca ga de es e. Lamen ablemen e, no se disponía de la licencia comple a del p og ama, po lo que apa ece una ma ca de agua en odos los diag amas. Donde la nomencla u a usada es: 𝑖 Indicado de ho as del año z Indicado de la plan a co espondien e 𝑙𝑎𝑧𝑜𝑠(𝑧,1) Núme o de lazos nominales de la plan a 𝑃𝑛𝑜𝑚 Po encia nominal de la plan a 𝐹𝑙𝑎𝑧𝑜𝑠(𝑧,1) Función que calcula el núme o de lazos según las ho as nominales de almacenamien o 𝑉𝐷𝑃(𝑧,1) Va iación del endimien o del ciclo espec o al endimien o de diseño (39%) 𝐻𝑛𝑜𝑚 Ho as nominales de almacenamien o 𝐷𝑁𝐼(𝑖,𝑧) Radiación ecibida po ho a y po plan a 𝐷𝑁𝐼𝑚í𝑛 Radiación mínima de ope ación (común pa a odas las plan as) 𝐶𝑆𝑃(𝑖,𝑧) P oducción desde el campo sola y el almacenamien o po ho a y po plan a 𝐻𝑐(𝑖,𝑧) Ho as de ca ga (a po encia nominal) del almacenamien o 𝑊82 Co elación de po encia-DNI pa a una plan a con 82 lazos 𝑊95 Co elación de po encia-DNI pa a una plan a con 95 lazos 𝑙𝑎𝑧𝑜𝑠𝑃(𝑖,𝑧) P opo ción de los lazos nominales des inados a la p oducción de po encia 𝑙𝑎𝑧𝑜𝑠𝐴(𝑖,𝑧) P opo ción de los lazos nominales des inados a la ca ga del almacenamien o 𝐷𝑁𝐼(𝑛𝑙𝑎𝑧𝑜𝑠) Relación en e DNI-lazos pa a p oduci la po encia nominal 𝑛𝑙𝑎𝑧𝑜𝑠(𝐷𝑁𝐼) Relación lazos-DNI pa a p oduci la po encia nominal 𝐻𝑟(𝑖,𝑧) Ho as eales acumuladas (a po encia nominal) de las que dispone el almacenamien o 𝐻𝑐(𝑖,𝑧) Ho as de ca ga pun uales a po encia nominal del almacenamien o 𝐻𝑑(𝑖,𝑧) Ho as de desca ga pun uales a po encia nominal del almacenamien o en esa ho a 𝑓𝑚𝑖 Fac o de po encia mínima en in ie no 𝑓𝑚𝑣 Fac o de po encia mínima en e ano 95 Lazos(i,z)=(Pnom/50) ·Flazos(i,z)·(1/VDP) Hnom=0DNI(i,z)<=DNImin SI CSP(i,z)=0 Hc(i,z)=0 W95·(Pnom/50)·VDP>=Pnom CSP(i,z)=Pnom Hc(i,z)=0 CSP(i,z)=W95·(Pnom/50)·VDP Hc(i,z)=0 DNI(i,z)<DNI(nlazos)·VDP SI SI NO NO NO (Pnom/50)·(1/VDP)·nlazos(DNI)>Flazos(z,1) lazosP(i,z)=lazos(i,z) lazosA(i,z)=lazos(i,z)-lazosP(i,z) DNI(i,z)<=DNImin CSP(i,z)=0 Hc(i,z)=0 (Pnom/50)·(Flazos(z,1)/82)·W82·VDP>=Pnom CSP(i,z)=(Pnom/50)·(Flazos(z,1)/82)·W82·VDP Hc(i,z)=0 CSP(i,z)=Pnom Hc(i,z)=0 SI SI NO SI NO NO lazosP(i,z)=lazos(i,z) lazosA(i,z)=lazos(i,z)-lazosP(i,z) (Pnom/50)·(Flazos(z,1)/82)·W82·VDP>=Pnom lazosP(i,z)=(Pnom/50)·(1/VDP)·nlazos(DNI) lazosA(i,z)=lazos(i,z)-lazosP(i,z) CSP(i,z)=Pnom Hc(i,z)=(i/Pnom)·(lazosA(i,z)/82)·W82·VDP CSP(i,z)=Pnom Hc(i,z)=0 CSP(i,z)=(Pnom/50)·(Flazos(z,1)/82)·W82·VDP Hc(i,z)=0 SI NO SI NO 97 H (i,z)=0 Hd(i,z)=0 i=1 i<2500 mi-(CSP(i,z)/Pnom)<0 H (i-1,z)+Hc(i,z)>Hnom H (i-1,z)+Hc(i,z)< mi-(CSP(i,z)/Pnom) H (i,z)=H(i-1,z)+Hc(i,z) Hd(i,z)=0 H (i,z)=0 Hd(i,z)=0 SI NO SI NO SI H (i,z)=Hnom Hd(i,z)=0 SI NO Hd(i,z)=-(H (i-1,z)+Hc(i,z)) H (i,z)=H (i-1,z)+Hc(i,z)+Hd(i,z) Hd(i,z)=(CSP(i,z)/ Pnom)- mi H (i-1,z)+Hc(i,z)+Hd(i,z)>=Hnom NO SI H (i,z)=Hnom H (i,z)=H (i-1,z)+Hc(i,z)+Hd(i,z) NO SI i<5500 NO m -(CSP(i,z)/Pnom)<0 H (i-1,z)+Hc(i,z)>Hnom H (i-1,z)+Hc(i,z)< m -(CSP(i,z)/Pnom) H (i,z)=H(i-1,z)+Hc(i,z) Hd(i,z)=0 NO SI H (i,z)=Hnom Hd(i,z)=0 SI NO Hd(i,z)=-(H (i-1,z)+Hc(i,z)) H (i,z)=H (i-1,z)+Hc(i,z)+Hd(i,z) Hd(i,z)=(CSP(i,z)/Pnom)- m H (i-1,z)+Hc(i,z)+Hd(i,z)>=Hnom NO SI H (i,z)=Hnom H (i,z)=H (i-1,z)+Hc(i,z)+Hd(i,z) NO SI SI i>=5500 NO mi-(CSP(i,z)/Pnom)<0 H (i-1,z)+Hc(i,z)>Hnom H (i-1,z)+Hc(i,z)< mi-(CSP(i,z)/Pnom) H (i,z)=H(i-1,z)+Hc(i,z) Hd(i,z)=0 NO SI H (i,z)=Hnom Hd(i,z)=0 SI NO Hd(i,z)=-(H (i-1,z)+Hc(i,z)) H (i,z)=H (i-1,z)+Hc(i,z)+Hd(i,z) Hd(i,z)=(CSP(i,z)/Pnom)- mi H (i-1,z)+Hc(i,z)+Hd(i,z)>=Hnom NO SI H (i,z)=HnomH (i,z)=H (i-1,z)+Hc(i,z)+Hd(i,z) NO SI SI 99