Modelo Dinánico de una Planta de Generación con Chimenea Solar

Resumen

Resumen: Una Planta de Generación de Chimenea Solar (SCPP) produce energía eléctrica gracias a que un conjunto de turbinas aprovechan la energía cinética del viento, producto de la diferencia de presiones entre la base y la cima de una chimenea que se encuentra rodeada y unida herméticamente a un colector que absorbe la irradiancia solar, provocando que el aire en su interior que circula desde el perímetro abierto del colector hacia la cima de la chimenea se caliente, incrementando de esta manera el efecto de flotabilidad del aire. En este documento se presenta una propuesta de diseño de una SCPP en donde se estudia su desempeño de acuerdo a las condiciones ambientales, los materiales, el tamaño y dimensiones de la planta y el espacio que ocupan las turbinas, representado como la relación entre las áreas transversales de la chimenea y el conjunto de secciones de transición colector-chimenea. Basado en esta idea se analiza el comportamiento de la planta de dimensiones conocidas en estado estable para deducir los puntos de máxima potencia, posteriormente se estudia la respuesta del sistema en estado transitorio con el fin de obtener un modelo dinámico de la SCPP. Finalmente se propone un método de control para mantener a la planta en el punto de máxima potencia bajo diferentes niveles de irradiancia.

Abstract: A Solar Chimney Power Plant (SCPP) produces energy through a set of wind turbines. The wind is created due to drop pressure between the base and the top of the Chimney that is surrounded and sealed hermetically by a solar irradiation collector. The wind, which moves from the opened collector border to the top of the chimney, is heated. Thus, the air buoyancy effect is increased. It is herein detailed a SCPP design which analyzes its performance, considering environmental conditions, materials, power plant size and cross sectional area of the turbines. A relationship is established between the cross sectional area of the set of turbines and the chimney cross sectional area. Having defined this idea, it is analyzed the SCPP behavior in steady state to derive the peak power points. Next, in order to establish a SCPP model dynamic, it is evaluated the transient response of the system. Finally, a control system is proposed to achieve working on the peak power points.