Desarrollo de un modelo para la caracterización termoeconómica de ciclos combinados de turbinas de gas y de vapor en condiciones de carga variable

En la actualidad, el interés por las plantas de potencia de ciclo combinado de gas y vapor ha experimentado un notable aumento debido a su alto rendimiento, bajo coste de generación y rápida construcción. El objetivo fundamental de la tesis es profundizar en el conocimiento de esta tecnología, insuficientemente conocida hasta el momento debido al gran número de grados de libertad que existen en el diseño de este tipo de instalaciones. El estudio se realizó en varias fases. La primera consistió en analizar y estudiar las distintas tecnologías que se pueden emplear en este tipo de centrales, algunas muy recientes o en fase de investigación, como las turbinas de gas de geometría variable, las turbinas de gas refrigeradas con agua o vapor del ciclo de vapor o las calderas de paso único que trabajan con agua en condiciones supercríticas. Posteriormente se elaboraron los modelos matemáticos que permiten la simulación termodinámica de cada uno de los componentes que integran las plantas, tanto en el punto de diseño como a cargas parciales. Al mismo tiempo, se desarrolló una metodología novedosa que permite resolver el sistema de ecuaciones que resulta de la simulación de cualquier configuración posible de ciclo combinado. De esa forma se puede conocer el comportamiento de cualquier planta en cualquier punto de funcionamiento. Por último se desarrolló un modelo de atribución de costes para este tipo de centrales. Con dicho modelo, los estudios se pueden realizar no sólo desde un punto de vista termodinámico sino también termoeconómico, con lo que se pueden encontrar soluciones de compromiso entre rendimiento y coste, asignar costes de producción, determinar curvas de oferta, beneficios económicos de la planta y delimitar el rango de potencias donde la planta es rentable. El programa informático, desarrollado en paralelo con los modelos de simulación, se ha empleado para obtener resultados de forma intensiva. El estudio de los resultados permite profundizar ampliamente en el conocimiento de la tecnología y, así, desarrollar una metodología de diseño de este tipo de plantas bajo un criterio termoeconómico. ABSTRACT The growing energy demand and the need of shrinking costs have led to the design of high efficiency and quick installation power plants. The success of combined cycle gas turbine power plants lies on their high efficiency, low cost and short construction lead time. The main objective of the work is to study in detail this technology, which is not thoroughly known owing to the great number of degrees of freedom that exist in the design of this kind of power plants. The study is divided into three parts. Firstly, the different technologies and components that could be used in any configuration of a combined cycle gas turbine power plant are studied. Some of them could be of recent technology, such as the variable inlet guide vane compressors, the H-technology for gas turbine cooling or the once-through heat recovery steam generators, used with water at supercritical conditions. Secondly, a mathematical model has been developed to simulate at full and part load the components of the power plant. At the same time, a new methodology is proposed in order to solve the equation system resulting for any possible power plant configuration. Therefore, any combined cycle gas turbine could be simulated at any part load condition. Finally a themoeconomic model is proposed. This model allows studying the power plant not only from a thermodynamic point of view but also from a thermoeconomic one. Likewise, it allows determining the generating costs or the cash flow, thus achieving a trade off between efficiency and cost. Likewise, the model calculates the part load range where the power plant is profitable. Once the thermodynamic and thermoeconomic models are developed, they are intensively used in order to gain knowledge in the combined cycle gas turbine technology and, in this way, to propose a methodology aimed at the design of this kind of power plants from a thermoeconomic point of view

On existence of trends applicable to thermoeconomic optimisation of combined cycle gas turbine power plants

This paper aims at the influence of the nominal power on the design configuration of combined cycle gas turbine (CCGT) power plants. This is achieved by means of a thermoeconomic model aimed at the minimisation of the power plant cost. The present work starts with the establishment of trends in existing commercial gas turbines. Based on these, other trends are found for the design of the whole CCGT, leading to the assessment of the most suitable heat recovery steam generator type and the optimal design parameters. Finally, an analysis of the influence of fuel price on the design configuration is carried out. This serves two purposes: to observe the dependence of economic results with fuel prices and to determine whether fuel price variations might influence the previously established trends in the CCGT design

Comparativa de distintos métodos para el cálculo de la incidencia de potencia en campos solares de torre central

El objetivo fundamental del trabajo que se presenta es la propuesta de herramientas i formáticas de simulación y post-proceso de plantas termosolares de torre que, derivando de las técnicas ray-tracing aporten, sin merma apreciable de la precisión, una reducción de los tiempos de ejecución, pues se trata de uno de los principales inconvenientes del método. En primer lugar se exponen las hipótesis de partida de los códigos desarrollados. Se continuará realizando un acercamiento a los errores ópticos involucrados en los problemas de simulación. Posteriormente se exponen los esquemas de operación de los códigos presentados. Finalmente se llevará a cabo un estudio de los tiempos de ejecución y de precisión. En el presente documento se presentarán dos códigos de simulación de plantas termosolares de torre con receptor de cavidad. Ambos se han desarrollado en lenguaje de programación propio de MATLAB. El primero de los cuales se considera un código ray-tracing convencional (código RT), optimizado para cálculo paralelo y basado en la proyección de un solo rayo incidente encada punto de cálculo elegido sobre la superficie reflectante del heliostato. Sus prestaciones y resultados se emplearán como modelo de referencia. El segundo código presentado (código RT-HR) considera que en un mismo punto de la superficie reflectante del heliostato se aplican más de un rayo incidente.Los autores desean agradecer al Ministerio de Economía y Competitividad la financiación proporcionada al trabajo, a través de los proyectos de Plan nacional de I+D+i ENE2012-37950-C02- 01 y ENE2012-37950-C02-02

Optimización de centrales de ciclo combinado con turbina de gas parcialmente regenerativa

El objetivo del presente artículo es el análisis y la optimización de una propuesta de ciclo combinado con turbina de gas parcialmente regenerativa y con calderas de recuperación de calor de dos y tres niveles de presión con recalentamiento. En la actualidad, la totalidad de los ciclos combinados instalados consisten en turbinas de gas de ciclo simple o de combustión secuencial, cuyo gas de escape se emplea para producir vapor en calderas de dos o tres niveles de presión, con la finalidad última de producir potencia en una turbina de vapor. Comercialmente no se han empleado turbinas de gas de ciclo regenerativo, debido a que la introducción de un regenerador introduce cierta complejidad en el ciclo y, aunque permite el ahorro combustible, también merma la producción de vapor por la disminución de la temperatura del gas a la entrada de la caldera. No obstante lo anterior, existen trabajos (por ejemplo [1]) en los que se demuestra la viabilidad termodinámica de las turbinas de gas de ciclo regenerativo en ciclos combinados. La configuración objeto de estudio (propuesta en [2]) consiste en la introducción de una regeneración parcial del aire proveniente del compresor con parte de los gases de escape de la turbina. El resto de la fracción másica de gases de escape se dirige a los intercambiadores de calor de mayor temperatura de la caldera de recuperación de calor (sobrecalentador de alta y recalentador, en su caso), manteniendo intacta la temperatura máxima alcanzable por el ciclo de vapor. Ambas corrientes se vuelven a mezclar antes de la entrada al evaporador de alta presión, continuando por el resto de intercambiadores (economizadores e intercambiadores del nivel de baja presión). Con objeto de comparar de forma homogénea las distintas configuraciones se procede a tres tipos de optimizaciones: (1) una optimización exclusivamente termodinámica, con el rendimiento térmico del ciclo como función a maximizar; (2) una optimización termodinámica limitando el tamaño de los equipos de transferencia de calor (regenerador + caldera de recuperación); y (3) una optimización termoeconómica minimizando el coste de producción.Los autores desean agradecer al Ministerio de Economía y Competitividad la financiación proporcionada al trabajo, a través del proyecto de Plan nacional de I+D+i ENE2012-37950-C02-01

Automatic real-time monitoring and assessment of tremor parameters in the upper limb from orientation data

Upper limb tremor is the most prevalent movement disorder and, unfortunately, it is not effectively managed in a large proportion of the patients. Neuroprostheses that stimulate the sensorimotor pathways are one of the most promising alternatives although they are still under development. To enrich the interpretation of data recorded during long-term tremor monitoring and to increase the intelligence of tremor suppression neuroprostheses we need to be aware of the context. Context awareness is a major challenge for neuroprostheses and would allow these devices to react more quickly and appropriately to the changing demands of the user and/or task. Traditionally kinematic features are used to extract context information, with most recently the use of joint angles as highly potential features. In this paper we present two algorithms that enable the robust extraction of joint angle and related features to enable long-term continuous monitoring of tremor with context awareness. First, we describe a novel relative sensor placement identification technique based on orientation data. We focus on relative rather than absolute sensor location, because in many medical applications magnetic and inertial measurement units (MIMU) are used in a chain stretching over adjacent segments, or are always placed on a fixed set of locations. Subsequently we demonstrate how tremor parameters can be extracted from orientation data using an adaptive estimation algorithm. Relative sensor location was detected with an accuracy of 94.12% for the 4 MIMU configuration, and 100% for the 3 MIMU configurations. Kinematic tracking error values with an average deviation of 8% demonstrate our ability to estimate tremor from orientation data. The methods presented in this study constitute an important step toward more user-friendly and context-aware neuroprostheses for tremor suppression and monitoring

Comparación de centrales de ciclo combinado hibridadas con energía solar: tecnologías CCP y Fresnel de reflexión

En el presente trabajo se compara la producción, tanto en términos energéticos como económicos, de centrales de ciclo combinado hibridadas con energía solar de concentración según distintas tecnologías. Como se destaca en [1], los ciclos combinados convencionales se prestan muy adecuadamente a la hibridación con sistemas solares de concentración, que aportan la energía térmica producida al ciclo de vapor (centrales denominadas ISCC por sus siglas en inglés, Integrated Solar CombinedCycle). En efecto, durante la producción anual, las condiciones más exigentes para un ciclo combinado (alta temperatura ambiental) se correlacionan con las condiciones óptimas de producción de energía solar térmica de concentración (estación estival), por lo que se producen ciertas sinergias que favorecen el rendimiento conjunto. En trabajos previos [2] se mostró la idoneidad y viabilidad económica de la tecnología ISCC trabajando con un campo de colectores cilindro parabólicos (CCP) y generación directa de vapor (precalentamiento y evaporación) en localizaciones con condiciones atmosféricas muy severas en verano, pero no en ubicaciones de clima más templado. Por otro lado, en [3] se estudian los posibles puntos de aporte de la energía solar sobre el ciclo de vapor, concluyendo que la producción mejora notablemente si el calor se destina exclusivamente a la evaporación en el nivel de alta presión, evitando el precalentamiento del agua y el sobrecalentamiento del vapor. Asimismo, es también previsible la mejora económica en el caso de que se empleen campos de tipo Fresnel de concentración en lugar de CCP. Por ese motivo, se comparan las tecnologías CCP y Fresnel produciendo ambas exclusivamente vapor en el nivel de alta presión del ciclo de vapor. Para ambas configuraciones se procede a la caracterización de las tecnologías y a su posterior simulación para analizar la producción durante un año tipo en dos localizaciones (Almería y Las Vegas).Los autores desean agradecer al Ministerio de Economía y Competitividad la financiación proporcionada al trabajo, a través de los proyectos de Plan nacional de I+D+i ENE2012-37950-C02- 01 y ENE2012-37950-C02-02

One central oscillatory drive is compatible with experimental motor unit behaviour in essential and Parkinsonian tremor

Pathological tremors are symptomatic to several neurological disorders that are difficult to differentiate and the way by which central oscillatory networks entrain tremorogenic contractions is unknown. We considered the alternative hypotheses that tremor arises from one oscillator (at the tremor frequency) or, as suggested by recent findings from the superimposition of two separate inputs (at the tremor frequency and twice that frequency). Approach. Assuming one central oscillatory network we estimated analytically the relative amplitude of the harmonics of the tremor frequency in the motor neuron output for different temporal behaviors of the oscillator. Next, we analyzed the bias in the relative harmonics amplitude introduced by superimposing oscillations at twice the tremor frequency. These findings were validated using experimental measurements of wrist angular velocity and surface electromyography (EMG) from 22 patients (11 essential tremor, 11 Parkinson’s disease). The ensemble motor unit action potential trains identified from the EMG represented the neural drive to the muscles. Main results. The analytical results showed that the relative power of the tremor harmonics in the analytical models of the neural drive was determined by the variability and duration of the tremor bursts and the presence of the second oscillator biased this power towards higher values. The experimental findings accurately matched the analytical model assuming one oscillator, indicating a negligible functional role of secondary oscillatory inputs. Furthermore, a significant difference in the relative power of harmonics in the neural drive was found across the patient groups, suggesting a diagnostic value of this measure (classification accuracy: 86%). This diagnostic power decreased substantially when estimated from limb acceleration or the EMG. Signficance. The results indicate that the neural drive in pathological tremor is compatible with one central network providing neural oscillations at the tremor frequency. Moreover, the regularity of this neural oscillation varies across tremor pathologies, making the relative amplitude of tremor harmonics a potential biomarker for diagnostic use

A modo de epílogo. La Ría de Huelva: conclusiones y perspectívas.

Sin resume

Herramientas de cálculo para el modelado de receptores centrales de energía solar de concentración

La energía solar está viendo actualmente importantes avances en las tecnologías desarrolladas para su aprovechamiento a nivel industrial, ya sea calor de proceso o producción de energía eléctrica. Una parte importante de los esfuerzos en este ámbito se dirigen al receptor de la radiación solar concentrada, elemento en el que se persigue transmitir la energía reflejada por el sistema concentrador al fluido calorífero con las menores pérdidas térmicas posibles. La consecución de un diseño adecuado o la mejora de uno ya establecido debe llevarse a cabo a través de un análisis exhaustivo de la física que se desarrolla en el interior del receptor, para lo que existen diversas herramientas. Las más comunes pasan por el ámbito computacional y tratan de simular la física que aparece en estos elementos, pudiendo realizarse la implementación de la física y la geometría del receptor de forma manual o adquiriendo la licencia de algún programa comercial que tenga implementada la física y quede a cargo del usuario implementar la geometría. El uso de una herramienta debe estar fundamentado por el objetivo que se persigue, por lo que no se debe tomar a la ligera. El objetivo de este trabajo es realizar una revisión las principales tipologías de herramientas de software utilizadas en el estudio de receptores de torre central (los asociados a un mayor flujo de potencia junto con los discos parabólicos), discutiendo en qué caso es más recomendable una u otra herramienta e indicando recomendaciones sobre en qué ocasiones puede ser útil el desarrollo de una herramienta propia. Se muestra, además, el ejemplo de una herramienta generada por los autores, útil cuando se persigue el diseño conceptual (no de detalle) de una tecnología de este tipo.Los autores agradecen las discusiones técnicas con el resto de integrantes del Grupo de Investigaciones Termoenergéticas de la Universidad Politécnica de Madrid. Este trabajo ha sido parcialmente financiado por ayudas del plan nacional Spanish Grant ‘VI Plan Nacional’ ENE2012- 37950-C02-01 y ENE2012-37950-C02-02

222Rn as a natural tracer to investigate recharge and groundwater flow dynamics at three Mediterranean karst systems in Southern Spain.

Comprehensive knowledge of groundwater origin and movement into karst aquifers is crucial to establish the adequate management practices. This is of special interest in areas strongly affected by the impact of climate change, such as the Mediterranean region. This work aims to better understand recharge processes determining groundwater flow in 3 mountainous carbonate aquifers in Southern Spain. To achieve this purpose, spring discharge and electrical conductivity data as well as 222Rn activity were measured and interpreted in karst groundwater. Karst groundwater discharge at the investigated springs varies between 3 and 1400 L/s, while electrical conductivity (EC) values range between 227 and 1929 µS/cm. 222Rn activity data are found between 31-3630 Bq/m3. The temporal evolution of EC, water temperature and 222Rn showed relatively constant values during dry periods in all examined karst springs but abrupt decreases after intense recharge events. A detailed –daily- control during high waters in the Sierra de Ubrique revealed slight increases in 222Rn activity at the beginning of the rising limb of spring discharge. However, circulation of recently infiltrated rainwater through karst conduits (in turbulent flow regimes) and the mixing with old waters provokes a marked dropping in the measured parameters at karst springs.Universidad de Málaga. Campus de Excelencia Internacional Andalucía Tech