ParaTrough v1.0librería en Modelica para Simulación de Plantas Termosolares

  1. Romera Cabrerizo, Juan A.
  2. Santos, Matilde
Revista:
Revista iberoamericana de automática e informática industrial ( RIAI )

ISSN: 1697-7920

Año de publicación: 2017

Volumen: 14

Número: 4

Páginas: 412-423

Tipo: Artículo

DOI: 10.1016/J.RIAI.2017.06.005 DIALNET GOOGLE SCHOLAR lock_openAcceso abierto editor

Otras publicaciones en: Revista iberoamericana de automática e informática industrial ( RIAI )

Resumen

El presente trabajo describe una librería desarrollada en Modelica que utiliza el entorno Dymola 6.1 para modelar y simular plantas termosolares de tecnología de colector cilindro-parabólico. El actual software de modelado y simulación es cada vez más potente gracias a los avances en computación y programación, pudiendo conseguir estimaciones muy precisas del comportamiento de estas plantas térmicas. Como mejora a otras propuestas actuales, la librería ParaTrough se ofrece como una herramienta pública, gratuita bajo licencia Modelica License 2, de código libre, flexible, modular, y por lo tanto fácilmente ampliable y modificable para los requerimientos específicos de cada planta y proceso en particular. En la versión 1.0 contemplada en este artículo, esta librería se puede usar para el modelado y simulación del recurso solar y del sistema de fluido de transferencia calorífica sin cambio de fase. Los modelos han sido validados con datos reales de una planta en operación, Andasol 3, en los términos municipales de Aldeire y La Calahorra (Granada). El objetivo de ParaTrough es poder ser utilizada gratuitamente y de forma amigable por analistas de procesos para uno o varios de los siguientes casos: evaluación del rendimiento, detección de fallos, exploración de nuevos modos de operación y optimización de la planta. Aunque en futuras versiones se puedan añadir otros elementos, esta aportación cubre una nueva área de aplicación específica para el software de Modelica y en su estado actual facilita la operación y mantenimiento de estas plantas.

Referencias bibliográficas

  • Alvarez, J. D., Gernjak, W., Malato, S., Berenguel, M., Fuerhacker, M., Yebra, L. J. 2007. Dynamic models for hydrogen peroxide control in solar photo-fenton systems. Journal of Solar Energy Engineering 129(1), 37–44. DOI:10.1115/1.2391014
  • Arahal, M. R., Berenguel, M., Camacho, E. F. 1997. Nonlinear neural modelbased predictive control of a solar plant. European Control Conference (ECC), IEEE, pp. 985–990.
  • Beschi, M., Dormido, S., Sanchez, J., Visioli, A., Yebra, L. J. 2014. Eventbased PI plus feedforward control strategies for a distributed solar collector field. IEEE Transactions on Control Systems Technology 22(4), 1615–1622. DOI: 10.1109/TCST.2013.2279216
  • Berenguel, M., Arahal, M. R., Camacho, E. F. 1998. Modelling the free response of a solar plant for predictive control. Control Engineering Practice 6(10), 1257–1266. DOI: 10.1016/S0967-0661(98)00126-9
  • Bonilla, J., Yebra, L. J., Dormido, S., Zarza, E. 2012. Parabolic-trough solar thermal power plant simulation scheme, multi-objective genetic algorithm calibration and validation. solar Energy, 86(1), 531–540. DOI: 10.1016/j.solener.2011.10.025
  • Burkholder, F., Kutscher, C. F. 2009. Heat loss testing of Schott's 2008 PTR70 parabolic trough receiver. National Renewable Energy Laboratory, Colorado, US.
  • Camacho, E. F., Berenguel, M., Rubio, F. R., Martínez, D. 2012. Control Issues in Solar Systems. In Control of Solar Energy Systems (pp. 25–47). Springer London. DOI: 10.1007/978-0-85729-916-1_2
  • Casella, F., Leva, A. 2006. Modelling of thermo-hydraulic power generation processes using Modelica. Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems, 12(1), 19-33. DOI: 10.1080/13873950500071082
  • Cirre, C.M., Valenzuela, L., Berenguel, M., Camacho, E.F. 2004. Control de plantas solares con generación automática de consignas. RIAI 1, 50–56.
  • Cooper, P. I. 1969. The absorption of radiation in solar stills. Solar energy 12(3), 333–346. DOI: 10.1016/0038-092X(69)90047-4
  • Duffie, J. A., Beckman, W. A. 2013. Solar engineering of thermal processes, vol. 3. Wiley, New York.
  • Elmqvist, H., Cellier, F. E., Otter, M., 1993. Object-oriented modeling of hybrid systems. European Simulation Sym., Delft, Holanda, pp. 31–41.
  • García, I.L., Álvarez, J.L., Blanco, D. 2011. Performance model for parabolic trough solar thermal power plants with thermal storage: Comparison to operating plant data. Solar Energy 85(10), 2443–2460. DOI: 10.1016/j.solener.2011.07.002
  • Hernández-Uribe, O., San Martin, J. P., Garcia-Alegre, M. C., Santos, M., Guinea, D. 2015. Smart building: decision making architecture for thermal energy management. Sensors 15(11), 27543–27568. DOI: 10.3390/s151127543
  • Hirsch, T., Eck, M. 2006. Simulation of the start-up procedure of a parabolic trough collector field with direct solar steam generation. In: Proceedings 5th International Modelica Conference, Vienna, Austria, pp. 135–143.
  • Huang, W., Hu, P., & Chen, Z., 2012. Performance simulation of a parabolic trough solar collector. Solar Energy 86(2), 746–755. DOI: 10.1016/j.solener.2011.11.018
  • Link, K., Gall, L., Bonifay, J., Buggert, M. 2014. Testing power plant control systems in Modelica. In: Proc. of the 10th International Modelica Conference, Lund, Sweden, 1067–1072. DOI: 10.3384/ECP140961067.
  • Lippke, F. 1995. Simulation of the part-load behavior of a 30 MWe SEGS plant (SAND--95-1293). Sandia National Labs., Albuquerque, NM, US.
  • Mikati, M., Santos, M., Armenta, C. 2012. Modelado y simulación de un sistema conjunto de energía solar y eólica para analizar su dependencia de la red eléctrica. RIAI 9(3), 267–281. DOI: 10.1016/j.riai.2012.05.010
  • Mikati, M., Santos, M., Armenta, C. 2013. Electric grid dependence on the configuration of a small-scale wind and solar power hybrid system. Renewable energy 57, 587–593. DOI: 10.1016/j.renene.2013.02.018
  • Montañés, R. M., Windahl, J., Pålsson, J., Thern, M. 2015. Dynamic modeling of a parabolic trough solar termal power plant with termal storage with Modelica. ASME-AIT-UIT. Conf. Thermal Energy Systems: Production, Storage, Utilization and the Environment. Napoli, Italy.
  • Ochoa, N., Santos, M. 2016. Modeling and simulation of a solar-Thermal system for its efficient implementation in Quito (Ecuador). IEEE Latin America Transactions 14(5) 2271–2279. DOI: 10.1109/TLA.2016.7530423
  • Österholm, R., Pålsson, J. 2014. Dynamic modelling of a parabolic trough solar power plant. In: Proc. 10 th International Modelica Conference 96, pp. 1057–1066, Lund, Sweden. DOI: 10.3384/ECP140961057.
  • Patnode, A. M. 2006. Simulation and performance evaluation of parabolic trough solar power plants. Doctoral dissertation, University of WisconsinMadison.
  • PSA. 2016. Plataforma Solar de Almería-Ciemat: Centro de Investigaciones Energéticas, Medioambientales y Tecnológicas. Ministerio de Economía y Competitividad. www.psa.es/es/index.php
  • REN21. 2016. Renewable Energy Policy Network for the 21st Century. Renewable Global Status Report. www.ren21.net/.
  • Romera, J. A., Santos, M., López, V., 2014. Hybrid fuzzy-PID control in a thermo solar power plant condenser. In: International Conference on Progress in Informatics and Computing (PIC), IEEE, Shanghai, China, pp. 641–645.
  • Rubio, F. R., Camacho, E. F., Berenguel, M. 2006. Control de campos de colectores solares. Revista Iberoamericana de Automática e Informática Industrial 3(4), 26–45.
  • SAM. 2016. System Advisor Model. NREL. http://sam.nrel.gov/
  • SimTech. 2016. Simulation Technology. www.simtechnology.com/CMS/
  • Stuetzle, T., Blair, N., Mitchell, J. W., Beckman, W. A. 2004. Automatic control of a 30 MWe SEGS VI parabolic trough plant. Solar Energy 76(1), 187–193. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.solener.2003.01.002
  • TRNSYS. 2016. Transient Systems Simulation Program. Thermal Energy System Specialists, LLC. http://www.trnsys.com/
  • Yebra, L. J., Berenguel, M., Dormido, S., Romero, M., 2005. Modelling and simulation of central receiver solar thermal power plants. In: Proc. 44th IEEE Conference on Decision and Control, Sevilla, Spain, pp. 7410– 7415. DOI: 10.1109/CDC.2005.1583357
  • Yebra, L. J., Berenguel, M., Zarza, E., Dormido, S. 2006. Object oriented modelling of DISS solar thermal power plant. In: 5th International Modelica Conference, Vienna, Austria, 449–456.
  • Yebra, L. J., Berenguel, M., Dormido, S., Zarza, E. 2008. Object oriented modelling and simulation of parabolic trough collectors with Modelica. Mathematical and Computer Modelling of Dynamical Systems 14(4), 361–375. DOI: /10.1080/13873950701847199
Fuente de los datos: Dialnet