Estudio de pérdidas de energía en turbina de gas híbrida solar en Colombia

Abstract

Debido a la disminución de las reservas de petróleo, el compromiso internacional para la reducción de emisiones contaminantes y la protección del medio ambiente, las fuentes de energía renovables se estudian intensamente, incluyendo las aplicaciones de la energía solar. Sin embargo, la energía solar no es constante y una posible alternativa son las plantas de energía solar termosolar híbrida. Una turbina solar de gas híbrida consta de tres subsistemas: un concentrador solar con campo de helióstatos y receptor de torre central, una cámara de combustión y una turbina de gas regenerativa. Un análisis termodinámico previo permitió mostrar un estudio energético y exergético de la planta, a partir de un modelo termodinámico del sistema que cuenta con un método de estimación del recurso solar. Sin embargo, este análisis no permitió evaluar las pérdidas de energía en los componentes del sistema, a pesar de que el modelo original consideraba las irreversibilidades típicas de estos ciclos. Este trabajo tuvo como objetivo desarrollar un modelo termodinámico que estima las pérdidas de energía en los subsistemas y los componentes de la turbina solar de gas híbrida a partir de unos pocos parámetros. El modelo estimó las pérdidas de energía para una planta solar termosolar híbrida de ciclo Brayton durante el día 20 de julio en Barranquilla, Colombia. Se utilizó un compilador Dymola en lenguaje Modelica para evaluar el modelo, lo que facilita la estimación de los resultados en diferentes momentos del día. En este caso, los cálculos se realizaron cada hora a lo largo del día. Los resultados mostraron pérdidas de energía del 16 % en el concentrador solar cuando el recurso solar alcanzó su máximo al mediodía y cercanas al 1 % en la cámara de combustión. Por lo tanto, el sistema híbrido solar de ciclo Brayton es técnicamente viable y reduce el consumo de combustible. Por consiguiente, es importante continuar desarrollando sistemas de concentración y reducir sus pérdidas de energía.