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Por fin: Proyecto Final de Carrera

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Por fin: Proyecto Final de Carrera

Mensaje  Lobotomizer el Jue Oct 03 2013, 16:18

Estimados amigos:

Como algunos miembros del foro (especialmente los más antiguos) saben, soy estudiante de ingeniería, de ahí mi menor actividad durante estos últimos 5 años en los que he tenido que estar, básicamente, estudiando como si no hubiera mañana.

Después de estos largos años de estudio, por fin, he conseguido que me asignen mi proyecto final de carrera. Como me especialicé en temas energéticos, dicho proyecto versará sobre el diseño y optimización de una central solar de receptor central. Esta es una definición un poco complicada, pero con la siguiente foto, seguro que todos sabrán a que tipo de central me refiero:


El funcionamiento es bastante simple, resumiendo, se basa en una serie de espejos que reflejan la luz solar directa en un punto, y calientan un fluido que se emplea posteriormente para generar energía eléctrica o transportar calor para procesos industriales de diversa índole.

En principio el proyecto, tal y como le pedí a mis profesores, es corto y fácil, pues no quiero alargarme mucho haciéndolo para incorporarme lo antes posible al mundo laboral. Para ello voy a emplear un software que automatiza bastante el proceso, pues para diseñar una central como esta en detalle y desde cero, harían falta varios ingenieros dedicados a tiempo completos durante un par de años.

He abierto este post para ir poniendo mis avances en el proyecto y así recibir las opiniones, sugerencias y demás consejos de los foreros en todos los temas, tanto técnicos, como en la redacción del documento, o incluso los colores y el diseño de las diapositivas que haré cuando me toque exponerlo.

De momento tengo que leerme un manual e ir trasteando un poco con el programa mientras recibo las especificaciones exactas de la planta.

Saludos, habrá novedades pronto.
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Re: Por fin: Proyecto Final de Carrera

Mensaje  Lobotomizer el Lun Oct 07 2013, 15:03

El programa:

Saludos a todos de nuevo, hoy voy a hablar del programa que voy a utilizar para el proyecto. El nombre del mismo es System Advisory Model, abreviado SAM. Dicho software funciona trabajando con unas entradas, que serán las que yo tendré que introducir con mucho cuidado, y cuyo proceso de recopilación es largo y costoso.

Respecto a estas entradas (datos), y como dato curioso, he de decir que muchos de mis profesores durante la carrera, siempre nos repetían que en la resolución real de problemas (no en un papel o en el ordenador en un examen), lo más complicado no es resolver el problema, sino obtener unos buenos datos de partida, justo al contrario que durante la carrera, en la que siempre que se resuelve un problema partes con los datos, o los puedes obtener de forma más o menos sencilla y precisa.

Como ejemplos de entradas para una planta de este tipo, tenemos la potencia (MW), el tipo de receptor de la torre (si es externo o de cavidad), el tipo de fluido con el que va a trabajar el receptor, que puede ser desde directamente agua-vapor o cualquier otro intermedio, como sodio líquido, sales fundidas, o incluso aire, un archivo con los datos climáticos de la zona donde se va a emplazar, incluso los incentivos gubernamentales (si los hay) y demás datos de la financiación del proyecto... todo esto a muchos les sonará a ruso, pero pronto pondré por aquí una introducción a esta tecnología escrita de forma más o menos comprensible. Que nadie se acojone por esto que he puesto antes, el funcionamiento es bastante intuitivo y simplón.

Las salidas que el programa da pueden ser muy variadas. Desde la producción anual de energía mes a mes, el coste de los diferentes elementos de la central, el coste unitario de la energía generada (muy muy importante), los flujos de caja del proyecto, y muchos más que todavía no he visto o no recuerdo.

Lo más útil del software es que permite realizar la optimización, es decir, por ejemplo variando datos de entrada seleccionar aquellos para los que el coste del proyecto sería menor, un caso habitual.

Aquí algunos SS del software en cuestión:








Hasta aquí el post de hoy, espero que estén encontrando interesante el tema. Este tipo de centrales son de las que más me gustan a mí. Siempre me ha gustado la idea de aprovechar la energía que nos llega del más grande y cercano reactor nuclear de fusión que tenemos disponible: el Sol. El cual además tiene una vida estimada de unos 5000 millones de años, ahí es nada. Lástima que ciertas cruzadas y propagandas creadas por personajes oscuros del sector de la política y el gran empresariado estén consiguiendo liquidar casi cualquier opción de desarrollo de esta tecnología (y de las renovables en general), al menos en el lugar donde yo vivo, alegando motivos con muy poco (o ningún) sentido ingenieril.

El próximo día les hablaré del manual que estoy usando y haré una introducción general a este tipo de centrales, cosa que debía haber hecho al principio, ya lo sé, pero ya que se me olvidó, más vale tarde que nunca.

Un abrazo a todos.
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Re: Por fin: Proyecto Final de Carrera

Mensaje  DarkZeus el Lun Oct 07 2013, 16:58

no puedo negar que al ver la la primera imagen lo primero que pensé fue en una nave nodriza   pero al leer ya me di cuenta de lo que es realmente, ahora la pregunta para poder hacer una central lo suficientemente capaz de entregar la energia suficiente para un pueblo que tan grande tendria que ser ? por que en la imagen se ve que ocupa bastante espacio ese ejemplo de central.

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Re: Por fin: Proyecto Final de Carrera

Mensaje  Lobotomizer el Jue Oct 24 2013, 10:12

FUNCIONAMIENTO

Continuando un poco con el tema, hoy voy a hablar del manual que me he estado estudiando estas semanas, previo a la realización del proyecto en sí, pero previamente voy a comentar un poco el funcionamiento y características generales de la tecnología esta, para que todo el mundo lo entienda:

El funcionamiento es muy básico y enumerando punto por punto, se podría decir que es:

1. Se refleja la radiación solar en punto que calentamos mucho (en la parte superior de la torre).

2. Se emplea toda la radiación concentrada para calentar un fluido (agua-vapor, sales fundidas, sodio líquido, o incluso aire).

3. Se emplea el fluido caliente para generar electricidad en un sistema de generación convencional, intercambiando calor previamente con el agua-vapor que necesariamente funciona en la turbina (turbina de vapor con un generador síncrono).

Estos tres puntos son el funcionamiento más básico posible. Lo habitual es que el calor se almacene, empleando el mismo fluido que se calienta en la torre u otro fluido con mejores características para almacenar calor. También puede usarse agua vapor generada en la torre para mover la turbina de vapor directamente o emplear diferentes fluidos en cada parte del sistema, por ejemplo sales para absorber el calor y almacenarlo y vapor en el lado de la turbina.

Un esquema básico de un sistema que almacena y emplea agua-vapor es el siguiente:



PROS

- Permite almacenamiento en forma de energía térmica y por tanto funcionar durante largos períodos de tiempo:

Como ya saben, la energía eléctrica no se puede almacenar en grandes cantidades, es por ello que siempre se produce lo que se va a consumir en cada momento. En cambio, la energía en forma de calor de un fluido en un tanque bien aislado, puede durar mucho tiempo, es por ello que la mayoría de estas centrales siguen funcionando hasta muchas horas después de la puesta de sol, las más recientes están incluso proyectadas para tener un funcionamiento continuo en períodos de buen tiempo.

Otras tecnologías solares, como la solar fotovoltaica no pueden almacenar energía, por lo que necesariamente genera únicamente cuando hace sol.

- Se puede combinar facilmente con la tecnología fósil convencional:

La única diferencia con una central de carbón convencional es la mitad derecha del esquema, es decir, en la central de carbón se genera el vapor en una caldera, quemando carbón, mientras que en una central solar de este tipo se genera el vapor en la torre empleando el calor del receptor solar. Pueden combinarse las dos tecnologías y tener una central en la que parte de la energía se obtenga vía solar y otra parte vía combustible fósil o biomasa cuando se haga de noche o haya períodos largos de mal tiempo.

- Emplea la energía solar:

Esta ventaja es la más evidente. La energía solar está ahí la consumamos nosotros o no, y es gratis, aunque la tecnología para aprovecharla sea algo más complicada y costosa. Al no haber reacción de combustión de por medio no hay emisión de CO2, aunque sí de vapor de agua en la torre de refrigeración (como en la mayoría de las centrales convencionales).

- Independencia energética:

No es ningún secreto que la mayoría del petróleo y el gas del mundo (salvo excepciones), se sitúa en zonas del planeta políticamente muy inestables, con lo que la seguridad del suministro es una gran preocupación hoy en día. De ahí que muchos países que carecen de petróleo estén invirtiendo en este tipo de tecnología para reducir su dependencia energética y comercial del exterior y asegurarse un suministro fiable.

CONTRAS

- Requiere una inversión inicial fuerte:

Eso es así. La central es más cara que una convencional. Lo más caro de la central como se verá más adelante en los resultados del programa que utilizo, es la gran cantidad de espejos (heliostatos) que se emplean para reflejar la luz solar en la torre. La inversión inicial se va recuperando año tras año debido a que el combustible (Sol) es gratis, y este tipo de centrales son más rentables cuanto más alto sea el precio del petróleo, carbón, gas y demás recursos fósiles.

- Ocupa grandes extensiones de terreno:

Como se ve en la foto del primer post, las centrales son muy grandes. Para que os hagáis una idea, lo que ocuparía una central convencional de carbón condensada por agua sería aproximadamente los edificios que aparecen junto a la torre (que podría perfectamente pasar por la chimenea de una central de carbón). Es decir, si quitáis todo el campo de heliostatos, eso es lo que aproximadamente ocuparía una central de carbón de unos 300 o 500MW, frente a los 20MW de la central que aparece en la foto. Con lo que os podéis hacer a la idea de que en el futuro harán falta grandes extensiones de terreno para tener energía (esto de las grandes extensiones es aplicable a todas las energías renovables, excepto a la biomasa y a la hidráulica, que es muy variable) y será un precio que habrá que pagar para poder seguir disfrutando de un gran consumo energético una vez se agoten los combustibles fósiles.

Es por ello que se intenta ubicar estas centrales en zonas desérticas, de gran radiación solar a lo largo del año y con mucho espacio disponible y sin ninguna utilidad. Como ejemplo, el proyecto Desertec, que se comenzó hace varios años y se supone que tendrá que generar grandes cantidades de energía termosolar tanto para Europa como para el norte de África, y estará ubicado en el desierto del Sahara (cosa que será un problema pues estas centrales también necesitan agua para funcionar):

http://es.wikipedia.org/wiki/Desertec

- Depende en gran medida de la electrónica:

Mucho más que el resto de centrales convencionales. Una de las razones por las que este tipo de centrales eran bastante caras es que requieren un gran sistema de control muy preciso que haga que los heliostatos reflejen el sol justo en el punto adecuado, y sistemas que controlen todos los equipos, cuando pasa una nube o hay cualquier situación transitoria. Es por ello que con los avances de la electrónica y la informática de control estos costes se están abaratando cada vez más.

- Requiere radiación solar directa:

Con lo que si está nublado, no vale, lo que hace esta tecnología rentable en localizaciones específicas como el suroeste de Estados Unidos, el norte de Chile, el sur de España, el norte de África, etc.

(NOTA: La tecnología solar fotovoltaica sí funciona con radiación solar difusa, es decir, cuando está nublado, pero es de día).

EL MANUAL

El manual que me he tenido que estudiar antes de comenzar a hacer el proyecto es el siguiente:



Como podéis ver, y a muchos os sorprenderá como me sorprendió a mí en su día, el manual es bastante antiguo, de los años 80. Todo lo que he contado antes, que puede parecer muy novedoso, en realidad se comenzó a desarrollar en la década de los 70 y los 80 debido a la crisis del petróleo.

Durante esa época, los precios del oro negro escalaron tanto, que estas centrales cuyo recurso solar era gratuito, comenzaron a verse como serias alternativas rentables a la generación convencional, y se puso mucho dinero encima de la mesa por parte de gobiernos y organismos públicos para investigar y desarrollar esta tecnología, ya que temían seriamente por la seguridad energética de sus países. Durante esa época también se construyeron las primeras centrales en el sur de Estados Unidos y de Europa, todas ellas con carácter experimental.

Después, la crisis del petróleo terminó, el precio del petróleo bajó, y todo esto se aparcó y se guardó en el cajón del olvido durante 20 años hasta hace bien poco, en que la creciente demanda de China y demás países emergentes está aumentando al alza el precio de los hidrocarburos, se está volviendo a hablar del tema y se está volviendo a invertir seriamente en esta tecnología.

El manual (un tochazo en inglés de casi 300 páginas) está escrito por una ingeniera del SANDIA National Laboratories en Estados Unidos, que durante muchos años fue un referente en estos temas, cuando era una entidad pública encargada de la investigación y el desarrollo en temas de seguridad en dicho país. Hoy en día dicha entidad está privatizada o se ha subcontratado su operación a una empresa privada de ingeniería muy conocida, aunque últimamente sus líneas de investigación están más relacionadas con tecnologías de aplicación militar directa, y menos con las energías renovables.

Un abrazo a todos, espero que no les haya resultado muy aburrido y les haya entretenido algo el post, pronto habrá más novedades.
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Re: Por fin: Proyecto Final de Carrera

Mensaje  Lachum el Jue Dic 26 2013, 19:06

FELICITACIONES. Mucha suerte con tu proyecto mister cheers 
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Re: Por fin: Proyecto Final de Carrera

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