Optimización del funcionamiento de la torre de refrigeración de la central termosolar Enerstar-Villena

Abstract

En los últimos años, el sistema eléctrico español ha vivido una gran transformación hacia un modelo basado en la búsqueda de fuentes limpias y sostenibles. Anteriormente, se sustentaba en centrales de carbón, gas y nucleares, pero, el crecimiento de la eólica y la solar ha marcado un punto de transición energética centrada en la descarbonización y en la autonomía energética. Se han creado iniciativas como el Plan Nacional Integrado de Energía y Clima (PNIEC) y el Pacto Verde Europea con el fin de alcanzar una generación de energía con energías renovables del 74% para 2030, actualmente ese porcentaje se encuentra aproximadamente en el 50%. Las instalaciones termosolares (CSP) ocupan un lugar destacado entre las energías renovables. Su producción consiste en la concentración de radiación solar mediante espejos para calentar un fluido y generar vapor, este mueve turbinas de vapor (ciclo Rankine). Este Trabajo de Fin de Grado centra su estudio en la central Enerstar-Villena de colectores cilindro-parabólicos con una potencia global de 50 MW. El elemento central del estudio es el funcionamiento en la torre de refrigeración, elemento vital en la instalación. Su función consiste en extraer el calor residual del agua de condensación tras la turbina, devolviendo esta agua recuperada al condensador optimizando su funcionamiento en el ciclo. Un buen funcionamiento de la torre de refrigeración es fundamental para la mejorar del rendimiento energético de la planta y reduciendo el consumo hídrico de la instalación. Por ello el trabajo busca optimizar el funcionamiento mediante una modelización termodinámica mediante métodos números avanzados comparados con los resultados con los datos reales de la instalación tratando de afinar la forma de mejorar la instalación. Como propuesta de mejora a la instalación se plantea añadir dos variadores de frecuencia para regular de forma más eficiente el flujo de aire a través de la torre, con ello lograremos una reducción del consumo eléctrico de la instalación y por consiguiente una mejora del rendimiento global de la central logrando un ahorro energético anual de 49.133,04 kWh. Por último, compararemos este ahorro obtenido con el cálculo a partir de la Ficha IDN240 que aporta el Certificado de Ahorro Energético para validar el ahorro que logramos con la instalación de estos variadores. Aunque la ficha nos va a presentar el inconveniente de que no se puede aplicar su fórmula, debido a que los valores de las frecuencias de trabajo no son constantes en el 90% de los casos estudiados, por lo que propondremos una hipótesis para compensar dicho inconveniente que nos dará valores similares a los obtenidos a partir de las intensidades. Finalizamos los cálculos representando el tiempo de retorno para la instalación de los variadores a partir de la inversión realizada, el precio de venta de la energía y la compensación económica que nos puede generar el CAES. Considerando un precio de venta CAES a 0,16 €/kWh y un precio de compra de electricidad a 0,10€ /kWh se logra un tiempo de retorno de aproximadamente 2 años.