Análisis del impacto del error óptico del heliostato en el rendimiento de la captación en centrales termosolares de torre

Abstract

En las últimas décadas, España ha experimentado un proceso gradual de sustitución de fuentes de energía no renovables, como los combustibles fósiles, por fuentes de energía renovable en el sector eléctrico. Ha habido un notable crecimiento en la capacidad de generación eólica, así como en instalaciones fotovoltaicas, termosolares y sistemas que utilizan biomasa y sus derivados. Las centrales termosolares con sistemas de almacenamiento son muy importantes para el sistema eléctrico debido a su capacidad para mejorar la estabilidad y fiabilidad de la red, ofrecer una fuente de energía limpia y sostenible, y proporcionar flexibilidad operativa. Su capacidad de almacenar energía térmica y generar electricidad durante las horas sin sol las hace especialmente valiosas para integrar más energías renovables en la red y reducir la dependencia de combustibles fósiles. El principal objetivo es el estudio y análisis del impacto del error óptico del heliostato en el diseño y en el rendimiento de captación en centrales termosolares de torre a través de diferentes tamaños de heliostatos. El diseño de la planta termosolar de torre se ha realizado tomando como emplazamiento la ciudad de Sevilla y con una producción bruta de 100 MW. Para dicho estudio, se ha utilizado el programa System Advisor Model (SAM), herramienta utilizada para dimensionar, optimizar y analizar los parámetros más característicos de la planta con el error óptico (image error). Se realizan diferentes simulaciones para estudiar el error óptico en cada una de las situaciones propuestas y encontrar en cada una la mayor rentabilidad. Estas simulaciones han consistido en mantener constante o modificar el campo de heliostatos, las dimensiones de la torre, el coste por metro cuadrado de heliostato y sus combinaciones entre ellas. Posteriormente, se procede a un análisis, comparación y conclusión de los datos obtenidos para cada tipo de tamaño de heliostato para estudiar cómo influye el rendimiento óptico en la rentabilidad de la planta termosolar.

In recent decades, Spain has experienced a gradual process of replacing non-renewable energy sources, such as fossil fuels, with renewable energy sources in the electricity sector. There has been notable growth in wind generation capacity, as well as in photovoltaic, solar thermal installations and systems that use biomass and its derivatives. Solar thermal power plants with storage systems are very important for the electrical system due to their ability to improve the stability and reliability of the grid, offer a clean and sustainable source of energy, and provide operational flexibility. Their ability to store thermal energy and generate electricity during sunless hours makes them especially valuable for integrating more renewable energy into the grid and reducing dependence on fossil fuels. The main objective is the study and analysis of the impact of the optical error of the heliostat design and optical performance in tower solar thermal power plants for different heliostat sizes. The design of the thermosolar tower plant has been carried out taking the city of Seville as a location and with a nominal gross production of 100 MW For this study, the System Advisor Model (SAM) program has been used, a tool used to size, optimize and analyze the most characteristic parameters of the plant with the optical error (image error). Different simulations are carried out to study the optical error in each of the proposed situations and find the highest profitability in each one. These simulations have consisted of maintaining constant or modifying the heliostat field, the dimensions of the tower, the cost per square meter of heliostat and their combinations between them. Subsequently, an analysis, comparison and conclusion of the data obtained for each type of heliostat size is carried out to study how optical performance influences the profitability of the solar thermal plant.