Modificación del modelo SHIPCal para simular en pasos sub-horarios

Abstract

La energía térmica tiene un importante papel en los procesos industriales en la actualidad. Para conseguirla, se recurre a calderas para generar el calor y transferirlo al fluido caloportador del proceso. Esta tarea puede verse auxiliado por la energía solar de concentración que provee energía térmica de calidad y con iguales prestaciones que el calor producido por la caldera. El simulador solar SHIPCal (Solar Heat for Industrial Processes CALculator) es un modelo de uso público desarrollado en lenguaje Python en el que, mediante iteraciones horarias, se analizan los parámetros y prestaciones de un campo solar de concentración integrado en un proceso durante un tiempo determinado de simulación. Actualmente tiene implementado 14 modelos de integración de procesos industriales que se recogen en la guía de integración de la Task 49 de la Agencia Internacional de la Energía: Solar Process Heat for Production and Advanced Applications- Deliverable B2: Integration Guideline. [1] El objetivo de este trabajo es modificar el código fuente de SHIPCal de manera que simule en pasos iterativos de 10 minutos y de 15 minutos para que se puedan conseguir simulaciones más detalladas y precisas respecto a la simulación de paso horario. Por ello es necesario cambiar las distintas funciones del modelo para habilitarlo a leer datos introducidos en formato minutal, calcular los parámetros solares correspondientes y procesarlos para calcular las prestaciones energéticas según el modelo de integración industrial para finalmente generar los correspondientes gráficos e informes. En el trabajo se explica el funcionamiento y estructura de SHIPCal para justificar así los cambios introducidos. Al finalizar las modificaciones, se detallan los resultados obtenidos con ejemplos de simulaciones de un año completo de duración y de un día concreto. También se comparan los resultados y diferencias entre la simulación horaria y la simulación de pasos diezminutales y quinceminutales.

Thermal energy plays an important role in industrial processes today. To achieve this, boilers are used to generate heat and transfer it to the heat transfer fluid of the process. This task can be assisted by concentrating solar energy that provides quality thermal energy with the same performance as the heat produced by the boiler. The SHIPCal solar simulator (Solar heat for industrial processes CALculator) is a model for public use developed in Python language in which, by means of hourly iterations, the parameters and performance of a solar concentration field integrated in a process are analyzed for a certain time. simulation. It currently has 14 industrial process integration models implemented which are included in the integration guide of Task 49 of the International Energy Agency: Solar process heat for production and advanced applications - Deliverable B2: Integration guideline [1]. The objective of this work is to modify the source code of SHIPCal so that it simulates in iterative steps of 10 minutes and 15 minutes so that more detailed and precise simulations can be achieved with respect to the time step simulation. For this reason, it will be necessary to change the different functions of the model to enable it to read data entered in minute format, calculate the corresponding solar parameters and process them to calculate the energy performance according to the industrial integration model to finally generate the corresponding graphs and reports. The project explains the operation and structure of SHIPCal, as well as the changes introduced. At the end of the modifications, the results obtained are detailed with examples of simulations lasting a full year and on a specific day. The results and differences between the hourly simulation and the simulation of ten-minute and fifteen-minute steps are also compared.