Adaptación de sistemas residenciales de energía solar para ACS a la generación distribuida híbrida mediante ORC

Abstract

El crecimiento de la demanda eléctrica y térmica en el sector residencial se debe principalmente a un estado de bienestar cada vez más exigente. Dentro de la cartera de sistemas energéticos para la generación de energía local, los ciclos orgánicos de Rankine son una oportunidad de sinergias con los sistemas de calefacción y almacenamiento térmico existentes. Los sistemas ORC en el sector residencial son de especial interés para instalaciones aisladas y para la rehabilitación de instalaciones de calefacción solar basadas en agua caliente sanitaria (ACS). Este tipo de instalaciones está muy extendido en algunas regiones del sur de Europa como España. Este trabajo evalúa el potencial de la integración solar híbrida ORC en edificios residenciales. Los análisis se centran en los rendimientos anuales de un ciclo ORC de 1-3 kW en combinaciones de los dos sistemas: Solar con y sin Almacenamiento. Los modelos se desarrollan integrando TRNSYS y EES para permitir una caracterización detallada de la evolución. El rendimiento y el impacto de las integraciones se consideran en función de la integración, las características de los componentes, el fluido de trabajo y las estrategias de control para un conjunto de zonas climáticas diferentes. Los análisis se completan con un análisis económico basado en las demandas características para diferentes características de la demanda integrada (edificios residenciales, bloques y edificios terciarios). Los resultados obtenidos muestran los rangos de viabilidad para diferentes escenarios de costes de sistemas y zonas climáticas.

The growth in electricity and thermal demand in the residential sector is mainly due to an increasingly demanding welfare state. Among the energy systems portfolio for local power generation, Organic Rankine Cycles are an opportunity for synergies with existing thermal heating and storage systems. ORC systems in the residential sector are of particular interest for isolated installations and the refurbishment of solar heating installations based on solar domestic hot water (SDHW). This kind of installations is widely extended in some regions of southern Europe like Spain. This paper evaluates the potential for hybrid ORC solar integration in residential buildings. The analyses are focused on the annual yields of a 1-3 kW ORC cycle in combinations of the two systems: Solar with and without Storage. The models are developed, integrating TRNSYS and EES to allow a detailed evolution characterisation. The performance and the impact of the integrations are considered as a function of the integration, components characteristics, working fluid and control strategies for a set of different climatic zones. The analyses are completed with an economic analysis based on the characteristic demands for different integrated demand characteristics (residential buildings, blocks, and tertiary buildings). The results obtained show the viability ranges for different systems costs scenarios and climatic zones.