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La Presidenta del Consejo Social de la Universidad de Almer

Ayudas para contratos predoctorales para la formación de doctores 2016

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Nueva Campaña de Acceso SFERA2

Ya se ha abierto la cuarta y última campaña de acceso de S

Diversificando el uso de la Energía Solar

Optimización para la industrialización de la predicción de nubes en campos solares

CIESOL responsiva
CONTACTOS
F.J. Batlles
FUENTE DE FINACIACIÓN

Torresol Energy O&M, S.L.

FECHA DE INICIO

09/2012

FECHA DE FINALIZACIÓN

12/2014

Torresol Energy O&M S.L.

Participantes:

  • Grupo de Inv. “Recursos Energético Solares y Climatología”. Universidad de Almería (TEP-165)

  • Torresol Energy O&M, S.L.

Situación: Finalizado.

Resumen:

Las plantas solares térmicas de concentración, más conocidas como termosolares, son una de las tecnologías renovables con gran futuro debido a su ventaja de gestión de la producción frente a las demás renovables gracias al sistema de almacenamiento.

El sistema de almacenamiento permite almacenar la energía en forma térmica en sales fundidas con una alta capacidad calorífica. Esto hace posible separar el sistema de almacenamiento de energía del sistema de producción eléctrica ya que el ciclo de vapor es libre de coger energía térmica del almacenamiento en función de sus necesidades.

El sistema de generación eléctrica, en el que está incluido el sistema de generación de vapor (SGV) para la turbina, es un sistema bastante convencional por su similitud a las plantas térmicas. Sin embargo, el sistema de almacenamiento de la energía en forma de calor mediante un campo solar es un sistema que especialmente en la tecnología de torre central es totalmente novedoso.

Gemasolar ha sido la primera planta comercial de torre en todo el mundo en implantar este sistema de almacenamiento en sales fundidas. Con este sistema se puede generar energía eléctrica durante 15 horas de forma continua. El receptor de sales fundidas permite además calentar directamente las sales fundidas alcanzando los 565ºC que hacen más eficiente el ciclo termodinámico.

Uno de los principales problemas para cumplir con la producción estimada radica principalmente en los días con transitorios de radiación normal directa debido a las nubes que sombrean el campo solar. Con el objeto de maximizar el aprovechamiento en estos días, se desarrolló un sistema de predicción de nubes con la Universidad de Almería. El sistema consiguió tener un gran acierto en la predicción de las nubes que sombrean el campo solar. Sin embargo, el sistema resulto tener algunas carencias como el gran coste del instrumental que no permitía dar ventajas al desarrollo como la triangulación mediante cámaras de nubes para determinar la altura exacta de la nube, así como el alto mantenimiento requerido por el instrumental. Este alto coste y alto mantenimiento hacen que el desarrollo sea un buen desarrollo científico pero no aplicable para la industria.

Objetivos:

En este proyecto se pretende realizar un desarrollo útil y viable para los operadores de una planta termosolar, en el que se utilizará el desarrollo de predicción de nubes realizado por la Universidad de Almería. Uno de los principales inconvenientes del desarrollo realizado es su alto coste en instrumentación y mantenimiento que hace difícil explotar el potencial de la herramienta.

Por lo tanto, se estudiará diferente instrumentación disponible en el mercado para conseguir el mismo índice de acierto y las mismas ventajas para el usuario final, el operador. Esto repercutirá en la obtención de un producto final que consiga optimizar la operación en los transitorios de nubes, principal problema de operación en la tecnología termosolar.

Resultados durante 2014:

Partiendo de la metodología desarrollada para la identificación de la nubosidad en imágenes de cámaras de cielo (tanto TSI-880 como Mobotix Q24), durante el desarrollo de esta anualidad se ha confeccionado un sistema capaz de estimar y predecir la radiación solar directa, difusa y global utilizando únicamente las imágenes de este tipo de cámaras.

La idea radica en la gran demanda mundial de sistemas predictivos en tiempo real de la radiación solar que son considerados una herramienta muy potente y adaptable a los sistemas de control de las plantas solares, con el objetivo principal de optimizar y mejorar el funcionamiento de toda la infraestructura involucrada en la generación de electricidad, adaptando así la producción eléctrica a las condiciones meteorológicas.

Retomando la consecución de la metodología final con estas cámaras de bajo coste que están suponiendo la decantación total del sector total en el estudio atmosférico desde un punto de vista terrestre, el proceso de predicción de radiación solar está compuesto, fundamentalmente, por diferentes procedimientos. Una vez que las imágenes han sido recibidas, se tratarán todas y cada una de ellas a nivel de píxel. Tras la realización de numerosas correlaciones y procesamientos matemáticos, se definieron las combinaciones de canales de los espacios de color RGB (Red, Green, Blue) y HSV (Hue, Saturation, Vale), junto con la altura solar de cada instante; que mejor representaban cada componente de la radiación solar, para posteriormente modelar estos datos y obtener un modelo específico que estimase cada componente de la radiación solar a nivel de píxel. Una división dinámica de la imagen será utilizada para obtener valores finales de radiación solar directa, difusa y global en tiempo real para todo tipo de condiciones de cielo. Numéricamente, los valores de irradiancia directa, difusa y global se estiman con un valor de nRMSE del orden del 16, 7 y 9%, respectivamente.

Sin embargo, se estudió la posibilidad de generar un paso más que sería el que cerrase el tema predictivo. Basándose en la metodología que estudia el movimiento aparente de las nubes (obtenida en el desarrollo de previos proyectos, y donde el método de la correlación cruzada máxima es utilizado) los valores estimados de las diferentes componentes de la radiación solar son desplazados, obteniendo así una predicción en tiempo real a tres horas vista y en intervalos temporales de un minuto, de los valores de radiación solar directa, difusa y global. En este caso, la predicción de la radiación solar es obtenida con aciertos muy importantes, donde el valor de nRMSE resultante de la predicción de radiación directa es de un 25%, mientras que para difusa y global es de un 10%.

Al mismo tiempo, la cámara de cielo de bajo coste Mobotix Q24 ha sido integrada en una aplicación software desarrollada exclusivamente para proporcionar la información meteorológica futura en tiempo real, a través de su interfaz gráfica, fundamentalmente destinada a los operadores de plantas solares, consiguiendo así congregar en un mismo sistema diferentes algoritmos desarrollados para poder predecir el recurso solar a corto plazo en diferentes intervalos horarios.