Mejoras del aprovechamiento del ciclo rankine en plantas de ciclo combinado mediante estrategias de optimización energética.

Abstract

Este Trabajo de Fin de Máster analiza la integración de energía solar térmica en un ciclo combinado, con el objetivo de poder evaluar su utilización como fuente térmica complementaria para el ciclo Rankine y determinar su efecto sobre el consumo de combustible fósil. La propuesta consiste en incorporar un sistema solar térmico para el precalentamiento del agua de alimentación antes de su entrada a la caldera de recuperación de calor (HRSG) manteniendo el funcionamiento convencional del ciclo Brayton y el aprovechamiento del calor residual de los gases de escape. Para evaluar la propuesta se desarrolla un modelo termodinámico simplificado mediante la librería CoolProp y el programa Python, considerando las principales condiciones de operación del ciclo y se analiza el comportamiento del sistema para diferentes superficies de captación solar, utilizando una irradiación de referencia constante. El modelo permite comparar la operación convencional con la configuración que incorpora el aporte solar y determinar la cantidad de energía fósil que puede ser sustituida. Los resultados muestran que el ciclo Rankine presenta una eficiencia térmica de aproximadamente 32,41%, manteniéndose prácticamente constante con y sin aporte solar, debido a que la función principal del sistema solar en el modelo es sustituir parte del aporte térmico convencional y no incrementar directamente el trabajo producido por la turbina. Para las condiciones analizadas, el campo solar alcanza una eficiencia de aproximadamente 67,79%. Asimismo, se identifica una superficie de captación de 1600 como el área mínima dentro del intervalo estudiado para alcanzar el máximo ahorro de combustible fósil previsto por el modelo. En esta condición, el aporte solar permite sustituir aproximadamente 2,038 MJ/kg de energía de origen fósil, cubriendo el aporte convencional restante considerado en el balance.