Dissertação

{pt_PT=Hybrid Solar Thermal Power Plants} {} EVALUATED

{pt=A energia solar térmica, especialmente quando obtida através da implementação das tecnologias de concentração de energia solar (CSP), representa uma forma de energia renovável cada vez mais atrativa. Um dos fatores determinantes no desenvolvimento destas tecnologias é a sua integração com ciclos de potência de forma eficiente. De modo a que as tecnologias CSP se tornem mais populares e competitivas no mercado de produção de energia elétrica, é importante desenvolver modelos capazes de apresentar elevadas eficiências. O presente trabalho foca-se na análise termodinâmica de três ciclos combinados com regeneração no ciclo a gás aqui propostos, nos quais características distintivas como a presença de uma câmara de combustão em série juntamente com um concentrador solar (CSP) e divisão de caudais após a turbina a gás são estudadas. O calor é fornecido por concentração de energia solar nos três modelos, sendo que em dois deles, uma câmara de combustão serve de suporte para o efeito. As análises termodinâmicas são efetuadas para diferentes fluidos, nomeadamente, CO2, ar, N2, He e H2 para o ciclo de Brayton, e R-245fa, R-141b, Cyclohexane, n-Pentane e água para o ciclo de Rankine, resultando num total de 25 combinações. As simulações são executadas por um programa desenvolvido em MATLAB. Os resultados obtidos mostram que a adição de uma válvula divisora de caudais como única variável entre dois modelos contribui para um melhor aproveitamento da entalpia do fluido após a sua saída da turbina a gás, resultando, em última instância, em eficiências globais superiores., en=Solar thermal energy, especially concentrated solar power (CSP), represents an increasingly attractive renewable energy source. One of the key factors that determines the development of this technology is its integration with efficient power cycles. Thus, as to make CSP an attractive alternative to the conventional thermodynamic cycles present in most of today's thermal power plants, it is of high relevance to develop models that provide attractive global efficiencies and cost effective CO2 mitigation. The present work focuses on the energetic study of three combined Brayton-Rankine cycles hereby proposed, in which features as having a combustion chamber in series with a solar receiver, and a stream splitter subsequent to the gas turbine were studied and compared. Heat is provided by concentrated solar power, having two of the three models to be hybridised with solar and combustion energy. The thermodynamic analyses are performed for selected working fluids including CO2, air, N2, He and H2 for the topping cycles, and R-245fa, R-141B, Cyclohexane, n-Pentane, and Water for the bottoming cycle, resulting in 25 fluid combinations. A MATLAB program was developed to perform the simulations. The results show that the CO2 and R-245fa fluid pair provides the highest cycle efficiency curves. In addition, stream splitting proves to be advantageous, compared to other layouts found in literature.}
{pt=Concentração de energia solar, termodinâmica, hibridização de ciclos de potência, en=Concentrated solar power, thermodynamics, hybrid power cycles}

Junho 27, 2019, 9:0

Orientação

ORIENTADOR

Viriato Sérgio De Almeida Semião

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Associado

ORIENTADOR

Aires José Pinto dos Santos

Departamento de Engenharia Mecânica (DEM)

Professor Auxiliar