Optimización de la estrategia de operación en plantas de generación de electricidad con colectores solares cilindro parabólicos (CPC-SEGS) de 50 MW

Abstract

La tecnología de producción de energía a través de colectores solares (CSP en sus siglas en inglés correspondientes a Concentrating Solar Power) proporciona una fuente competitiva de energía para generación de electricidad. Dentro de esta tecnología y gracias a su gran potencial, los sistemas solares de generación eléctrica mediante colectores cilindro parabólicos (CPC-SEGS del inglés Cylinder Parabolic Concentrating Solar Electric Generation Systems), se han convertido en el tipo de generación de electricidad mediante recurso renovable más extendido a nivel mundial. Sin embargo, no existe un único método de operación de planta, y este debe adaptarse a los parámetros de radiación solar y el comportamiento del mercado en cada localización. Por otro lado, la evolución de la legislación española hacia la desregulación ha permitido el desarrollo de la capacidad de potencia instalada en paralelo con el desarrollo de las tecnologías de producción mediante energías renovables. La evolución de los sistemas de generación eléctrica de acuerdo a la legislación española demuestra que optimizar la elección del mix de energía procedente de fuentes renovables debe priorizar la implementación de las plantas termosolares de concentración. Este trabajo se centra en la búsqueda, mediante el modelo matemático de la planta CPCSEGS de 50MW con almacenamiento térmico, del funcionamiento óptimo de la misma dentro de un escenario eléctrico regulado o libre. El análisis de las distintas formas de operación en un intervalo anual de simulación proporciona beneficios significativos sobre la energía eléctrica generada. La utilización de energía térmica procedente bien de la radiación solar, bien del sistema de almacenamiento térmico de la planta, permitirá adaptar la curva de generación a la demanda y a la mejor dinámica de los precios del mercado. A través de este modelo de optimización es posible conocer las proporciones de óptimas de almacenamiento térmico y generación que eleven la rentabilidad de la planta CPC-SEGS estudiada. Esta estrategia de operación está orientada a la adaptación de este tipo de plantas termosolares a las directivas europeas para trabajar en mercados no regulados de la electricidad.

Concentrating Solar Thermal Power (CSP) technology provides a competitive source of energy for electricity generation. Within this technology and thanks to its great potential, the plants with Cylinder Parabolic Concentrating Solar Electric Generation Systems (CPCSEGS) have become the type of electricity generation by renewable solar energy most widely spread around the world. Nonetheless, the operation of the plant is not unique and it must be adapted to the parameters of solar radiation and market behavior for each specific location. Furthermore, the Spanish legislation evolution has followed the dynamics of deregulation that allowed the evolvement of the installed power capacity on renewable resources in parallel with the development of the technologies on renewable resources. The evolution of electric generation systems according to relevant legislation demonstrates that optimizing the choice of energy mix from renewable sources must prioritize the implementation of concentrating solar thermal plants. This work focuses on the search of the optimal operation within either a regulated or free electric scenario by a mathematical model of 50MW CPC-SEGS plant with thermal storage. The analysis of the different ways of operation along a whole year provides meaningful insights into the generated electricity. The use of thermal energy that comes from radiation or thermal storage will allow to adapt the curve of generation to the network demand and market prices. By the presented models of optimization it is possible to know the proportions of storage acquisition and generation that raise the profitability of thermal solar concentration plant. Such strategy of operation is oriented to the adaptation of this type of solar thermal plants to the European directives focused to work under non-regulated electricity markets.