Diseño y Simulación de Ciclos de Potencia Brayton s-CO2 con CSP Y Almacenamiento Térmico

En el presente trabajo se realiza una evaluacion y cuantificacion del impacto que tiene utilizar mezclas a base de Dioxido de Carbono Supercritico “s-CO2” (s-CO2/C2H6, s-CO2/CH4, s-CO2/Kr, s-CO2/SF6, s-CO2/H2S, s-CO2/COS, s-CO2/SO2 y s-CO2/NH3) como fluido de trabajo en ciclos de potencia Brayton s-CO2. Se estudiaron algunas configuraciones complejas: Recompresion con dos recalentamientos (RCC – 2RH), Recompresion con tres recalentamientos (RCC – 3RH), Recompresion con Enfriamiento Intermedio en el Compresor Principal con dos recalentamientos (RCMCI – 2RH) y Recompresion con Enfriamiento Intermedio en el Compresor Principal con tres recalentamientos (RCMCI – 3RH) acopladas a plantas de energia solar termica (STE) de enfoque lineal con colectores cilindro – parabolicos (PTC) y almacenamiento de energia termica (TES) que utilizan Sal Solar (60 % NaNO3 / 40% KNO3) como fluido de transferencia de calor. Los parametros de diseno evaluados son el rendimiento de la planta solar en el punto de diseno, el area de apertura del campo solar, las variaciones de los costes en relacion al tamano termico o conductancia total (UATotal) y el coste ponderado de la electricidad (LCOE) en funcion de las horas de almacenamiento del TES. La metodologia utilizada en el calculo del rendimiento de la planta es establecer valores de conductancia total del recuperador de calor (UATotal) entre 5000 y 30000 kW/K. Una de las principales conclusiones de este trabajo es que la eficiencia del ciclo tiene una mejora y en algunos casos esta es considerable si se compara con la que se obtiene usando s-CO2 puro. En las mezclas que disminuyen la temperatura critica, la de s-CO2 y Kr con proporcion de fraccion molar 30 / 70 respectivamente se considera como la mejor en termino de eficiencia termodinamica ya que tiende a aumentar entre 7 y 11 puntos porcentuales respecto al s-CO2 puro y dependiendo del UATotal, seguida por la mezcla de s-CO2 y CH4 con fraccion molar de 45 / 55 la cual aumenta entre 3 y 7 puntos porcentuales, las mezclas de s-CO2/C2H6 y de s-CO2 / SF6 solo aumentan entre 1 y 2 puntos porcentuales. En terminos de costes del campo solar, la mezcla de s-CO2 y Kr presenta el menor coste de entre todas las estudiadas con valores entre 25 y 34 M$ los cuales dependen del area de apertura del campo solar y del UATotal para las configuraciones RCC y RCMCI. Mientras que en las mezclas que aumentan la temperatura critica, la de s-CO2 y COS con fraccion molar 70 / 30 respectivamente se considera como la mejor en terminos de eficiencia ya que aumenta entre 3 y 4 puntos porcentuales respecto al s-CO2 puro y dependiendo del UATotal, ademas esta mezcla tambien posee un menor coste del campo solar en las configuraciones RCC; le sigue muy de cerca la mezcla de s-CO2 y H2S con fraccion molar 60 / 40 con valores muy similares en eficiencia, pero esta tiene un menor coste del campo solar en las configuraciones RCMCI. Al analizar el coste nivelado de energia, la configuracion que presenta un menor LCOE es la de RCMCI con valores de de LCOE nominal de 17.71 cents/kWh y LCOE real de 14.06 cents/kWh. Finalmente, los resultados obtenidos demuestran que las variaciones en las propiedades del fluido de trabajo juegan un papel muy importante debido al impacto positivo en el aumento de la eficiencia termica del ciclo Brayton de s-CO2 cuando se utilizan las configuraciones de RCC y RCMCI.