Optimización de la eficiencia de una planta de potencia solar con ciclo rankine orgánico

Abstract

[Resumo] No presente traballo de investigación estúdase a optimización da eficiencia dunha planta de potencia que suministrará 1MWe de potencia neta. A fonte de enerxía sería solar, a cal, mediante uns colectores cilíndrico-parabólicos, transferirá enerxía a un fluído orgánico operando nun ciclo Rankine con turbina de vapor a presión de sobrecalentamento sempre subcrítica. Evalúase a incorporación dun rexenerador e unha posible etapa de recalentamento. Analízase a eficiencia de seis fluídos orgánicos: R600 (n-butano), R600a (isobutano), n-Pentano, n-Hexano, R245fa e SES36, mediante a análise do primeiro e segundo principio da Termodinámica co fin de seleccionar o fluído que mellor eficiencia proporcione. Tamén se determinou a presión de recalentamento óptima. Os cálculos leváronse a cabo co programa EES®. Co fin de validar os resultados obtidos, e a modo comparativo con respecto aos resultados termodinámicos do primeiro e segundo principio, as plantas de potencia con regenerador e cunha etapa de recalentamento foron simuladas con todos os seus elementos en Aspen Plus® usando o paquete de propiedades físicas REFPROP.

[Resumen] En el presente trabajo de investigación se estudia la optimización de la eficiencia de una planta de potencia que suministrará 1MWe de potencia neta. La fuente de energía sería solar, la cual, mediante unos colectores cilíndrico-parabólicos, transferirá energía a un fluido orgánico operando en un ciclo Rankine con turbina de vapor a presión de sobrecalentamiento siempre subcrítica. Se evalúa la incorporación de un regenerador y una posible etapa de recalentamiento. Se analiza la eficiencia de seis fluidos orgánicos: R600 (n-butano), R600a (isobutano), n-Pentano, n-Hexano, R245fa y SES36, mediante el análisis del primer y segundo principio de la Termodinámica con el fin de seleccionar el fluido que mejor eficiencia proporcione. También se ha determinado la presión de recalentamiento óptima. Los cálculos se han llevado a cabo con el programa EES®. Con el fin de validar los resultados obtenidos, y a modo comparativo con respecto a los resultados termodinámicos del primer y segundo principio, las plantas de potencia con regenerador y con una etapa de recalentamiento han sido simuladas con todos sus elementos en Aspen Plus® usando el paquete de propiedades físicas REFPROP

[Abstract] In this work, the efficiency optimization of a power plant that will supply 1MWe of net power is studied. The energy source would be solar, which, by using cylindrical-parabolic collectors, will transfer energy to an organic fluid operating in a Rankine cycle with steam turbine at subcritical superheating pressure. The incorporation of a regenerator and a possible reheat stage is evaluated. The efficiency using six organic fluids is analyzed: R600 (n-butane), R600a (isobutane), n-Pentane, n-Hexane, R245fa and SES36; by means of the first and second principles of Thermodynamics in order to select the fluid that provides the best efficiency. The optimum reheat pressure has also been determined. The calculations were carried out with the EES® program. In order to assess the results obtained, and as a comparison with the thermodynamic results of the first and second principles, the power plants with regenerator and with a reheating stage have been simulated and including all their elements with Aspen Plus® using the REFPROP package of physical properties