Caracterización del rendimiento de los tubos receptores de tecnología solar termoeléctrica cilindroparabólica
La energía solar térmica de alta concentración mediante colectores cilindroparabólicos (CCP) es la tecnología mas empleada a nivel comercial en todo el mundo para la producción de electricidad mediante la energía solar térmica. La radiación solar directa es concentrada mediante unos espejos en forma de parábola y redirigida a unos tubos receptores formados por dos tubos concentrivos, uno exterior de vidrio y otro interior de acero. El fluido que circula dentro del tubo de acero se calienta y cede el calor a un ciclo Rankine de producción de electricidad. Para el desarrollo de esta tecnología y el incremento de capacidad instalada en los próximos años es imprescindible avanzar en la eficiencia y reducción de costes de la misma. El tubo receptor supone el elemento más diferenciador de la tecnología de CCP, por lo cual se require un avance en el desarrollo y mejora de eficiencia del mismo. La presente investigación se enmarca en un proyecto de investigación denominado “Sol y Visión para la Energía Térmica Actual. Solventa”, financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad del Gobierno de España y liderado por la empresa Abengoa (IPT 2011 1424 920000). El objetivo de esta investigación es la caracterización del rendimiento de los tubos receptores de tecnología solar termoeléctrica cilindroparabólica. Este objetivo puede ser desglosado en dos sub objetivos. El primero es el desarrollo de equipos de medida óptico electronica no existentes en el estado del arte y que permiten caracterizar los tubos, tanto en laboratorio como en campo solar. El segundo es realizar estudios novedosos que contribuyan al mejor conocimiento de sus propiedades y que arrojen conclusiones no publicadas en el estado del arte. Se desarrolla un equipo de alta precisión de laboratorio que permite caracterizar el rendimiento de los tubos, tanto el térmico, en forma de pérdidas, como el óptico, en concreto los valores de transmitancia y reflectancia. Se evalúa por primera vez el comportamiento de la capa altamente absortiva del tubo interior en condiciones reales de operación. El equipo permite realizar medidas independientes de la transmitancia y la reflectancia a lo largo de las longitudes de onda del espectro solar y en cualquier punto del tubo, independientemente de su longitud o diámetro. Se presentan estudios de evaluación de tubos con el equipo desarrollado, como el comportamiento de las propiedades ópticas de la capa antireflejante del tubo interior a temperaturas de operación o el incremento de transmitancia provocado por la capa antireflejante de cada fabricante. Se desarrolla un segundo equipo, en este caso portátil para su uso en las plantas solares, que gracias a la propiedades ópticas de los tubos y a las Leyes de Planck y Wien, permite medir simultáneamente y sin contacto la temperatura de los dos tubos concéntricos, el tubo exterior de vidrio y el interior de acero. Este equipo, patentado en julio de 2016, WO 2016/107959 A1, permite determinar el estado de los tubos en operación en un campo solar en lo que se refiere a pérdida del vacío interanular y rendimiento térmico. Por último se realiza un estudio de la correlación de la eficiencia de los tubos con el ensuciamiento de los mismos y las limpiezas que son aplicadas durante la operación normal en las plantas. Se testan diferentes métodos de limpieza variando los parámetros, y midiendo su eficacia en el redimiento del tubo, determinando la eficiencia de los métodos tanto a corto como a largo plazo. Se obtienen conclusiones sobre el efecto de la limpieza en el deterioro de la capa antireflectante del tubo, el ritmo de pérdida de rendimiento de un tubo en una planta o la importancia de la direccionalidad en la limpieza que pone en cuestión la posición de los colectores los días de lluvia cuando no es posible operar.
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