Optimización multi-objetivo de turbinas de gas termosolares

Abstract

Las plantas de potencia basadas en turbinas de gas termosolares son previsiblemente plantas de generación eléctrica, limpias e interesantes desde el punto de vista comercial, pero aún es necesario un trabajo de I+D+i para aumentar su eficiencia y competitividad. El presente trabajo se centra en la investigación de plantas de generación eléctrica mediante conversión solar fototérmica y ciclo Brayton. El modelo incorpora las principales fuentes de irreversibilidad que afectan a una planta real, tanto las irreversibilidades externas que incluyen las pérdidas en los intercambiadores de calor a través de los que el sistema interacciona con la fuente caliente y el medio ambiente, como las irreversibilidades internas considerando el comportamiento no ideal de turbinas y compresores, las caídas de presión en los procesos de absorción y cesión de calor y las pérdidas en el regenerador. Se puede configurar con un número arbitrario de compresores y turbinas (simétrico o no) con los procesos de refrigeración y recalentamiento intermedios. El objetivo de este trabajo es realizar una optimización multi-objetivo (Frente de Pareto) del sistema, que se obtiene considerando las posibles fluctuaciones de todos los parámetros involucrados. La eficiencia global del sistema y la potencia de salida se consideran como funciones objetivo. Un algoritmo genético permite discernir las variables de diseño relevantes. A partir de aquí los frentes de Pareto se obtienen de modo exacto, considerando sólo esas variables relevantes, y la construcción de una malla apropiada. Se analizan varias configuraciones de planta (ideales y realistas, con una o varias etapas de compresión-expansión) y un procedimiento de toma de decisión multi-criterio, analizándose desde el punto de vista físico las conclusiones.