Author(s): Ferreira, Telma Renata Fino
Date: 2015
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/20056
Origin: Repositório da Universidade de Lisboa
Subject(s): Estudo paramétrico; Modelo unidimensional; Simulação numérica; Tanque único com thermocline; Validação experimental; Teses de mestrado - 2015
Tese de mestrado integrado em Engenharia da Energia e do Ambiente, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015
The implementation of a storage system in the Concentrated Solar Power plants allows an increase in their capacity factor and in the dispatchability of the power plant, improving their grid integration and economic competitiveness. In this work, initially, a one-dimensional model of a single-tank thermocline storage system was validated. The discretization of the heat equation was made through the finite difference method and grid size and time-step independence were analyzed for three different algebraic discretizations of the differential equations. Only one of the algebraic discretizations had convergence of the numerical solution and, therefore, was the chosen one to use in the model. A methodology that enables the comparison between numerical results and experimental data was developed to perform the validation of the model, evaluating qualitatively and quantitatively the differences between the two sets of results. The results obtained in the validation of the model indicate that the model predicts with accuracy the performance of a thermocline tank due to the difference between the numerical and experimental results be less than 0,83 %, in the qualitative analysis and 4,20 %, in the quantitative analysis. Secondly, a parametric study was developed, in which were analyzed two modifications that can be applied in the model and a structural parameter. The first modification consisted in setting the properties of the materials independent of the temperature and the second change consisted in consider that there is no thermal conduction in the materials. The structural parameter analyzed was the porosity. The results obtained in the studies showed that these two modifications can be applied in the model and that, for the analyzed values, the storage tank can store more thermal energy with the decrease of the porosity.
A implementação de um sistema de armazenamento nas Centrais termoelétricas de Energia Solar Concentrada permite que estas tenham um aumento no seu fator de capacidade e na despachabilidade da central, melhorando a sua integração na rede e a competitividade económica. Neste trabalho, primeiramente, foi validado um modelo unidimensional representativo de um sistema de armazenamento de tanque único com thermocline. A discretização da equação de calor foi realizada através do método das diferenças finitas e foi analisada a independência dos resultados relativamente à malha computacional e ao intervalo de integração de tempo para três diferentes discretizações algébricas das equações diferencias. Apenas uma das discretizações algébricas apresentou convergência da solução numérica e, por esse motivo, foi a utilizada no modelo. Para realizar a validação do modelo foi desenvolvida uma metodologia que permite a comparação de resultados numéricos com experimentais, avaliando qualitativa e quantitativamente as diferenças entre os dois conjuntos de resultados. Os resultados obtidos na validação do modelo indicam que o modelo prevê com precisão o comportamento do sistema de armazenamento em análise devido à diferença entre os resultados numéricos e experimentais ser inferior a 0,83 %, na análise qualitativa, e 4,20 %, na quantitativa. De seguida, foi realizado um estudo paramétrico, no qual foram analisadas duas alterações ao modelo em estudo e um parâmetro estrutural. A primeira modificação consistia em colocar as propriedades dos materiais independentes da temperatura e a segunda alteração em considerar que não existe condução térmica nos materiais. O parâmetro estrutural analisado foi a porosidade. Os resultados obtidos nas análises indicaram que as alterações estudadas podem ser aplicadas no modelo e que, para os valores analisados, o sistema de armazenamento consegue armazenar mais energia térmica com o decréscimo da porosidade.
