Capitulo1

Vista previa del material en texto

1 Introducción y Objetivos 
‘ La sociedad española actual, en el contexto de la reducción de la dependencia energética exterior, 
de un mejor aprovechamiento de los recursos energéticos disponibles y de una mayor 
sensibilización ambiental, demanda cada vez más la utilización de las energías renovables y la 
eficiencia en la generación de electricidad, como principios básicos para conseguir un desarrollo 
sostenible desde un punto de vista económico, social y ambiental.’ - Real Decreto 661/2007 de 25 de 
Mayo de 2007 [1]. 
El desarrollo de distintos tipos de tecnología orientadas a aprovechar el recurso 
energético renovable, ha experimentado un gran avance en los últimos años. 
Dentro del marco energético actual, varios son los motivos que han creado la necesidad 
de utilizar otro tipo de energías que sustituyan o complementen a las tradicionales. Para 
la mayoría de la comunidad científica, resulta evidente la degradación medioambiental 
por el uso continuado y mal gestionado de los combustibles fósiles. A esta preocupación 
obedece la firma del Protocolo de Kioto para la disminución de emisiones de CO2; 
también el compromiso de la Unión Europea de lograr que el 12% del consumo de 
energético interno se realice a partir de energías renovables en el año 2010. Por otro 
lado, existen países que no disponen de una fuente importante de combustible (o 
combinación de varias) y tampoco de una industria tradicional capaz de satisfacer la 
demanda interna, cada vez en aumento. En la mayoría de estos casos, se establece una 
dependencia energética con los países que proporcionan el combustible o directamente 
el recurso energético. 
La solar (como la eólica o la biomasa) forma parte de un grupo de energías que se 
pueden obtener a partir de recursos naturales en abundancia, con niveles de 
contaminación baja y de integración compatible con el medio ambiente. El potencial de 
aprovechamiento es mucho mayor en países con un número elevado de horas y altos 
niveles de radiación solar, como es el caso de España. 
Entre las ventajas de este tipo de tecnología destacan: 
� Contribuye al desarrollo sostenible: es una tecnología limpia, de bajas emisiones y 
distribuida. 
� Madura: lleva siendo instalada desde hace más de 20 años, dando un buen 
rendimiento. Durante este tiempo se ha producido una disminución de los costes 
asociados a la tecnología necesaria para su desarrollo y explotación. 
� Más cara que la fósil, en la actualidad: pero pronto será competitiva con la 
convencional a medida que aumente la experiencia en la explotación de los sistemas, 
exista una industria dedicada y no se vea afectada por las penalizaciones de los 
gobiernos en relación a las emisiones de CO2. 
� Sustituta de los combustibles fósiles: Solución a la volatilidad económica del gas 
natural, la sequía y las emisiones de CO2. 
� Apoyada por los gobiernos: A raíz del Cambo Climático y la necesidad de lograr 
mayor seguridad en el suministro energético, los gobiernos colaboran estableciendo 
regimenes especiales o fomentando que parte de la producción energética sea partir 
de recursos renovables. 
� Gestionable para cubrir la demanda base y punta: No sólo se genera electricidad 
durante el día, el almacenamiento permite producir electricidad cuando la red la 
necesita. Además se puede realizar una mejor predicción a corto plazo del recurso, 
comparado con otras fuentes energéticas renovables, como la eólica. 
En la actualidad existen ingenierías maduras que desde hace más de 15 años están 
siendo implantadas con éxito a nivel comercial para generación de energía eléctrica. De 
esta forma existen en funcionamiento varias plantas solares de producción de energía y 
se prevé un aumento de este número en el futuro. 
En esta memoria se describen distintos aspectos relacionados con el control y la 
dinámica de una planta solar de espejos parabólicos que utiliza aceite térmico como 
fluido de trabajo. Este tipo de plantas se enmarca dentro de las actuales tecnologías 
térmicas que utilizan la radiación solar para la generación de electricidad. Los espejos, 
en forma de parábola, constituyen una sección de superficie cilíndrica que refleja la 
radiación directa del sol sobre un tubo receptor situado en su foco, que recorre 
linealmente toda la estructura. Por el interior del tubo se hace circular un fluido de alta 
transferencia térmica, en este caso un aceite sintético, que sufre un incremento de su 
energía interna a lo largo del recorrido. Cuando se alcanza la temperatura normal de 
operación, el aceite es bombeado hacia distintos intercambiadores de calor que 
transforman la energía absorbida en vapor. Este es el elemento de trabajo de la central, 
que se utiliza para mover una turbina unida a un generador que es capaz de inyectar 
energía eléctrica a la red. 
Normalmente el control de este tipo de sistemas suele realizarse por operadores 
experimentados, con conocimientos sobre el proceso y el campo solar. Uno de los 
objetivos principales consiste en mantener un valor fijo de temperatura a la salida del 
campo de colectores, ajustando el volumen de aceite que circula por el circuito. 
Habitualmente la temperatura del fluido se ve afectada por cambios en los niveles de 
radiación solar, variaciones en la temperatura de entrada al lazo y por la masa de aceite 
bombeado. La temperatura ambiente y el viento también introducen modificaciones en 
la temperatura de salida, pero su influencia es mucho menor. El conocimiento del 
comportamiento diario y estacional de la evolución solar, la observación de la 
frecuencia y tipo de nubosidad, unido a experiencia y entrenamiento, proporcionan al 
operador la habilidad para conseguir este objetivo de forma óptima cuando el sistema 
trabaja en diferentes condiciones. 
Pero también existen limitaciones del operador humano que pueden ser compensadas o 
mejoradas por un sistema de control automático, que facilite la operación diaria y que 
consiga un mayor rendimiento del conjunto en situaciones complejas de trabajo. Para el 
desarrollo de una nueva generación de plantas parece razonable considerar estrategias 
que combinen los beneficios de ambas filosofías y que integren de forma natural 
conceptos avanzados de control automático junto con la experiencia y la resolución del 
controlador humano. 
A lo largo del trabajo se desarrolla un modelo dinámico que aproxima el 
comportamiento de un lazo de colectores para los escenarios habituales de operación. 
Esta descripción de la planta constituye la idea central del trabajo, a partir de la cual se 
simula la respuesta cuando se consideran distintos tipos de controladores, cuyo objetivo 
es mantener un valor fijo en la referencia de temperatura a la salida del lazo, variando la 
señal de caudal de aceite que entra al circuito. 
 
La memoria desarrollada se ha dividido en siete capítulos: 
� Capítulo 2: trata de resumir el estado actual de los diferentes tipos de tecnologías que 
aprovechan de diferente forma el recurso solar. Se consideran tanto las tecnologías 
fotovoltaicas como las termosolares de concentración. 
� Capítulo 3: en el que se formulan dos modelos para describir la dinámica del lazo de 
colectores, uno basado en parámetros distribuidos y otro basado en parámetros 
concentrados. A su vez se propone un método de identificación en línea utilizando el 
método de los mínimos cuadrados recursivos. 
� Capítulo 4: se describe la estructura de un simulador desarrollado en Matlab, basado 
en la estructura de parámetros concentrados y que ha servido como herramienta 
software para probar los controladores que se describen en el resto del trabajo. 
� Capítulo 5: en el que se plantea el esquema básico de control y donde se discuten los 
resultados de aplicar distintas filosofías de control para el lazo a estudio. En concreto 
se proponen y simulan controladores de parámetros fijos sintonizados por técnicas 
heurísticas, controlrobusto, control adaptativo, control predictivo y control borroso. 
� Capítulo 6: A partir de los resultados anteriores se plantean diferentes situaciones de 
trabajo y la respuesta del conjunto cuando se varían las condiciones nominales de 
operación consideradas. 
� Capítulo 7: Se presentan las conclusiones y las líneas de trabajo a desarrollar de cara 
a futuro. 
En la parte de anexos se puede encontrar el código fuente del programa principal 
realizado para simular el lazo y las distintas estrategias de control.