El simulador termosolar RENOVETEC ha superado
los primeros test reales
Desarrollado por el departamento técnico de RENOVETEC, tiene como finalidad estudiar cómo afecta a la producción de electricidad la variación de determinados parámetros en una central solar termoeléctrica, tanto ambientales como aquellos que dependen de la decisión de un operador de planta. Entre sus aplicaciones inmediatas, está el entrenamiento de operadores de centrales y la evaluación técnica de instalaciones solares termoeléctricas en funcionamiento, para comprobar si todos sus equipos están funcionando como deberían.
El simulador desarrollado por RENOVETEC ha sido ya chequeado de forma exhaustiva comparando sus valores contra el comportamiento real de una de las centrales termosolares situada en la provincia de Ciudad Real. De esta forma se ha podido verificar que en todo el rango operativo entre el 10% de carga y el 115% los valores de todas las variables simuladas presentaban una desviación menor del 0,6% respecto a las que presentaba la planta real. En las variables que presentaban un alejamiento superior pudo comprobarse como había un fallo, una avería o un problema de calibración del instrumento, de forma que puede afirmarse que si existe una desviación entre el programa informático desarrollado por RENOVETEC y la planta real simulada, será conveniente verificar esta última.
Este hecho aumenta la potencia del simulador desarrollado, ya que si bien en principio ha sido concebido para el entrenamiento de operadores y para actividades relacionadas con la formación, puede utilizarse también para verificar el estado de cada uno de los equipos principales que componen la planta y para evaluar sus prestaciones. Hay que tener en cuenta que el simulador no se degrada, mientras que una planta real sufre diferentes mecanismos que merman con el tiempo sus prestaciones. Con el simulador es posible determinar no sólo qué equipos están sufriendo en mayor medida los efectos del paso del tiempo, sino además cuánto se ha degradado y como afecta al rendimiento global.
El proyecto de I+D que ha culminado con la realización de estas pruebas, ha sido financiado íntegramente por RENOVETEC INGENIERÍA, que demuestra una vez más como las empresas españolas realizan importantes esfuerzos en investigación, desarrollo e innovación en el campo de las energías renovables, lo que ha convertido a España una de las potencias más importantes del mundo en el área.
20 pantallas de operación
El simulador consta de un total de 20 pantallas de control, en las que se simulan todos los sistemas que componen una central termosolar:
- Campo Solar
- Sistema HTF
- Tren de generación de vapor
- Ciclo Agua-Vapor
- Turbina de vapor + generador
- Sistemas eléctricos de alta tensión
- Sistema de refrigeración
- Sistemas auxiliares
El simulador se ha desarrollado utilizando el programa SCADA de LabVIEW versión 10.0, de National Instrument. Aunque se analizaron otras posibilidades, como WIN CC, finalmente se optó por LabView por su versatilidad, facilidad de programación y posterior modificación.
El equipo de desarrollo
El autor principal del proyecto ha sido Iosu Villanueva Juaniz, un joven y prometedor Ingeniero de Control formado en la Universidad de Salamanca. Para el desarrollo de los sistemas relacionados con el campo solar y con el sistema HTF, se ha contado con los Ingenieros de la Universidad Autónoma de Madrid Sebastian Guerra, Gonzalo Guerrón y Ricardo Almanza. La coordinación de todos trabajos ha corrido a cargo del director técnico de RENOVETEC, Santiago García Garrido.
La simulación del campo solar
Para realizar la simulación, los ingenieros Sebastian Guerra y Ricardo Almanza analizaron los datos de radiación normal directa de una ubicación próxima a Sevilla a lo largo de un año tipo. A partir de ella y considerando los parámetros más comunes de un campo solar formado por colectores tipo Eurothrough se estimó la cantidad de radiación que incidiría en el tubo absorbedor de un módulo a lo largo de las 8760 horas que componen un año. De esa manera, conociendo la radiación disponible, el ángulo de incidencia de la radiación con el plano que define el área de apertura del colector y las características del tubo absorbedor, se ha podido simular la elevación de temperatura que puede darse en el fluido térmico al atravesar un módulo solar en función de la velocidad con la que lo atraviese y de la fecha y la hora a la que se realiza la simulación.
El operador de la planta puede cerrar o abrir los lazos que considere oportunos para alcanzar la temperatura y el caudal deseado en el sistema HTF y puede desenfocar parcialmente los colectores tal y como lo haría en una planta termosolar real. El desenfoque puede actuar sobre un solo lazo, sobre un subcampo formado por 30 lazos o sobre todo el campo solar. De esa manera no sólo puede estudiar el efecto de introducir o eliminar lazos, sino también el de desenfocar parcialmente el último colector de cada lazo para ver el efecto en la temperatura de entrada y salida del HTF en el campo solar, en el tren de generación de vapor, y por supuesto, en la energía eléctrica generada.
El simulador calcula además el número de Reynolds correspondiente a la circulación del fluido térmico. El sistema muestra una alarma si este número adimensional cae por debajo de 300.000, valor que RENOVETEC ha considerado como mínimo a mantener en la instalación para evitar la degradación del HTF provocada por una posible sobretemperatura en la capa de fluido más próxima al tubo metálico del absorbedor.
La simulación del sistema HTF
En la simulación del sistema fue necesario tener en cuenta la dilatación del fluido térmico como consecuencia de las variaciones de temperatura y sus correspondientes cambios de densidad. Teniendo en cuenta las características técnicas del fluido se han simulado los niveles de los tanques de expansión y rebose, y su variación con las condiciones de la planta en cada momento. La parte más interesante en cuanto a la simulación fue el estudio de la temperatura del fluido en función del número de lazos operativos, de la velocidad de las bombas principales de HTF y del grado de desenfoque de los colectores.
El operador puede seleccionar la temperatura deseada en el fluido térmico. Por defecto, el sistema selecciona 393ºC, aunque el operador puede cambiarlo libremente dentro de unos límites para observar el efecto que se produce en cada uno de los equipos. El operador puede entonces comprobar como una variación en la velocidad de las bombas y por tanto del caudal de fluido influye fundamentalmente en la temperatura de entrada del HTF al campo solar.
La simulación del ciclo de vapor
El ingeniero industrial Iosu Villanueva, autor principal de la programación y que se encargó además del ensamblaje de todas las pantallas, fue el encargado de toda la simulación del ciclo agua-vapor, que es sin duda la más compleja de una planta termoeléctrica. Para realizar esta simulación fue necesario tener en cuenta en primer lugar el caudal y la temperatura del fluido térmico que llega a los intercambiadores, y en segundo lugar las condiciones atmosféricas. Con esos valores, y con los parámetros técnicos de todos los equipos implicados (intercambiadores del tren de generación de vapor, bombas de agua de alimentación y de condensación, torre de refrigeración, bombas del circuito de refrigeración principal, condensador, etc.) ha sido posible simular qué ocurre cuando se varía la temperatura ambiental, la presión, la humedad, las características técnicas de los equipos principales (que son configurables), y todo ello de una manera muy visual y gráfica.
Iosu Villanueva consideró oportuno introducir dos pantallas adicionales que no suelen estar presentes en un sistema de control. La primera, muestra el diagrama T-S en el que se desarrolla la representación del ciclo Rankine en tiempo real, pudiendo analizar visualmente la temperatura de saturación, si el rendimiento de la turbina es menor del deseado o si se producen condensaciones en su interior. La segunda, muestra un completo balance de masa y energía para que el operador pueda evaluar de forma directa si la planta está funcionando dentro de sus parámetros de diseño o alguno de los equipos principales presenta una anomalía (fuga, ensuciamiento, etc).
La presentación
El simulador se ha desarrollado con un concepto totalmente portátil, de manera que es posible transformar cualquier sala de formación, salón de actos o despacho en una completa sala de control de una central termosolar. Funciona con una arquitectura cliente-servidor desarrollada por el ingeniero Gonzalo Guerrón, de forma que varios operadores pueden estar manipulando diferentes partes del sistema simultáneamente en diferentes puestos de control interconectados.
También es posible utilizar el simulador desde cualquier instalación o incluso desde un domicilio particular que tenga acceso a Internet con una velocidad superior a 1Mb (se aconseja mayor de 6 Mb). El operador toma el control del programa instalado en el servidor de RENOVETEC, y puede realizar los ejercicios sugeridos en el plan formativo o simular cualquier otra condición.
Cuando se utiliza con fines formativos, una de las pantallas es sólo accesible al profesor que dirige la formación. Desde esa pantalla el profesor puede simular la avería de determinados equipos, una fuga, una nube que atraviesa una parte de la planta, puede seleccionar el día y la hora, o las condiciones de presión , temperatura y humedad, de manera que el alumno tendrá que responder adecuadamente a esas condiciones de trabajo preparadas por el profesor.
Más información en http://www.renovetec.com/simuladortermosolar.html
