Estrategias de apuntamiento de campos de heliostatos en receptores solares centrales
Alberto Sánchez-González
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Información básica
Volumen
V52 - N4 / 2019 Ordinario
Referencia
51024: 1-13
DOI
http://dx.doi.org/10.7149/OPA.52.4.51024
Idioma
English
Etiquetas
Torre solar de concentración; Sistema de receptor central; Distribución de flujo; estrategia de apuntamiento; Calidad óptica de heliostatos.
Resumen
Este trabajo de doctorado trata del desarrollo y validación de cuatro modelos ópticos para la tecnología de plantas solares de torre. El primer modelo calcula con precisión la distribución de flujo solar incidente en receptores centrales reflejada por un heliostato; la novedad radica en la proyección oblicua de la malla de cálculo desde el receptor hasta el plano imagen donde se evalúa una función analítica de convolución. El segundo modelo determina los errores de canteo en las facetas de heliostatos reales mediante un algoritmo determinista que minimiza la diferencia entre mapas de flujo simulados e imágenes experimentales tomadas en un blanco lambertiano. El tercer modelo extiende el modelo básico a campos completos de heliostatos siguiendo un apuntamiento simétrico; con un único parámetro, llamado factor k, se apuntan todos los heliostatos. El último modelo de apuntamiento maximiza la energía térmica obtenida en receptores de sales fundidas a la vez que respeta las limitaciones de corrosión y stress térmico; las cuales son traducidas en densidades de flujo permisibles.
Referencias
K. Lovegrove and W. Stein, Concentrating solar power technology principles, developments andapplications. Elsevier (2012).
L. L. Vant-Hull, "Central tower concentrating solar power (CSP) systems" in Concentrating solar power technology principles, developments and applications. Woodhead Publish.-Elsevier (2012).
P. Garcia, A. Ferriél;re, and J.-J. Bezian, "Codes for solar flux calculation dedicated to central receiver system applications A comparative review," Sol. Energy 82, 189–197 (2008).
A. Sánchez-González, "Heliostat field aiming strategies for solar central receivers," Universidad Carlos III de Madrid, Doctoral thesis (2016). https://e-archivo.uc3m.es/handle/10016/24712
A. Sánchez-González and D. Santana, "Solar flux distribution on central receivers A projection method from analytic function," Renew. Energy 74, 576–587 (2015).
F. J. Collado, A. Gómez, and J. A. Turégano, "An analytic function for the flux density due to sunlight reflected from a heliostat," Sol. Energy 37, 215–234 (1986).
T. Wendelin, "SolTRACE a new optical modeling tool for concentrating solar optics," in ISEC (2003).
S. A. Jones, "A comparison of on-axis and off-axis heliostat alignment strategies," in American Solar Energy Society Conference, 95–100 (1996).
A. Sánchez-González, C. Caliot, A. Ferriere, and D. Santana, "Determination of heliostat canting errors via deterministic optimization," Sol. Energy 150, 136–146 (2017).
S. Theodoridis and K. Koutroumbas, "Template Matching," in Pattern Recognition, Academic press - Elsevier, 481–519 (2009).
J. S. Arora, "Global Optimization Concepts and Methods," in Introduction to Optimum Design, Elsevier, 681–712 (2012).
D. R. Jones, C. D. Perttunen, and B. E. Stuckman, "Lipschitzian optimization without the Lipschitz constant," J. Optim. Theory Appl. 79, 157–181 (1993).
D. E. Finkel, "DIRECT Optimization Algorithm User Guide," (2003).
A. Sánchez-González, M. R. Rodríguez-Sánchez, and D. Santana, "Aiming factor to flatten the flux distribution on cylindrical receivers," Energy 153, 113-125 (2018).
G. Sassi, "Some notes on shadow and blockage effects," Sol. Energy 31, 331–333 (1983).
L. L. Vant-Hull, "The Role of 'Allowable Flux Density' in the Design and Operation of Molten-Salt Solar Central Receivers," J. Sol. Energy Eng. 124, 165-169 (2002).
A. Sánchez-González"FluxSPT" Software tool (2018) https://ise.uc3m.es/research/solar-energy/fluxspt
A. Salomé, F. Chhel, G. Flamant, A. Ferriél;re, and F. Thiery, "Control of the flux distribution on a solar tower receiver using an optimized aiming point strategy Application to THEMIS solar tower," Sol. Energy 94, 352–366 (2013).
S. M. Besarati, D. Yogi Goswami, and E. K. Stefanakos, "Optimal heliostat aiming strategy for uniform distribution of heat flux on the receiver of a solar power tower plant," Energy Convers. Manag. 84, 234–243 (2014).
B. Belhomme, R. Pitz-Paal, and P. Schwarzbözl, "Optimization of Heliostat Aim Point Selection for Central Receiver Systems Based on the Ant Colony Optimization Metaheuristic," J. Sol. Energy Eng. 136, 11005-1-7 (2013).
F. J. García-Martín, M. Berenguel, A. Valverde, and E. F. Camacho, "Heuristic knowledge-based heliostat field control for the optimization of the temperature distribution in a volumetric receiver," Sol. Energy 66, 355–369 (1999).
M. R. Rodríguez-Sánchez, A. Soria-Verdugo, J. A. Almendros-Ibáñez, A. Acosta-Iborra, and D. Santana, "Thermal design guidelines of solar power towers," Appl. Therm. Eng. 63, 428–438 (2014).
M. R. Rodríguez-Sánchez, C. Marugan-Cruz, A. Acosta-Iborra, and D. Santana, "Comparison of simplified heat transfer models and CFD simulations for molten salt external receiver," Appl. Therm. Eng. 73, 991–1003 (2014).
A. Sánchez-González, M. R. Rodríguez-Sánchez, and D. Santana, "Aiming strategy model based on allowable flux densities for molten salt central receivers," Sol. Energy 157, 1130–1144 (2017).