Optimization models in solar power tower plant design: design of the heliostat field and the tower receivers

• Autores: Carmen Ana Domínguez Bravo
• Directores de la Tesis: Emilio Carrizosa Priego (dir. tes.) , Manuel Quero García (dir. tes.) , Enrique Fernández Cara (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2016
• Idioma: español
• Número de páginas: 125
• Tribunal Calificador de la Tesis: Juan Antonio Mesa López-Colmenar (presid.) , Rafael Blanquero Bravo (secret.) , Peregrina Quintela Estevez (voc.) , Alfredo Marín Pérez (voc.) , Martin Frank (voc.)
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: Idus
• Resumen
  • español

    El diseño de plantas solares con tecnología de torre (utilizaremos las siglas en inglés SPT) comenzó a ser estudiado en los años 70 y sigue siendo hoy en día un área de investigación muy activa. En esta tesis doctoral se estudia el diseño óptimo de la planta solar bajo distintos aspectos, enfocándose en el diseño del sistema torre-receptor y del campo de heliostatos. El primer capítulo presenta una idea general sobre SPT, describiendo los componentes que intervienen en el problema y detallando el modelado matemático utilizado a lo largo de este documento. Un algoritmo para resolver el problema de base se propone en el Capítulo 2. Se trata de un algoritmo, basado en la heurística voraz, que introduce un enfoque innovador al resolver el problema de la localización de heliostatos sin pre-establecer ningún patrón geométrico. Este algoritmo se extiende en el Capítulo 3 para resolver el diseño del campo solar con heliostatos en bloques llamados "pod" (estructuras triangulares que albergan varios heliostatos). Los capítulos 4 y 5 versan sobre los procedimientos heurísticos adaptados para dar solución a nuevos problemas que surgen en este tipo de tecnologías: diseño de sistemas con receptores múltiples y diseño de campos multi-talla. Ambos son problemas desafiantes debido a su alto grado de complejidad. El algoritmo heurístico presentado en el Capítulo 2 ha sido modificado y combinado con distintos procedimientos de optimización para facilitar una solución, que aunque no óptima, sea competitiva y pueda ser considerada como una buena solución. A lo largo de todos los capítulos, los resultados han sido comparados con los resultados disponibles en la literatura. Esto ha permitido validar los algoritmos propuestos. Las conclusiones generales y algunos comentarios sobre trabajos futuros se comentan en el último capítulo.

  • English

    The design of solar power tower (SPT) plants started to be studied in 1970s and is still being an active field of research nowadays. In this dissertation, the optimal design of an SPT plant under different considerations is addressed, focusing on the tower-receiver and heliostat field design. The first chapter provides the general ideas on SPT plants, with a description of the components involved in the problem and a presentation of the mathematical modelling used in this document. An algorithm to solve the basic problem is proposed in Chapter 2. It is a greedy-based heuristic algorithm, which introduces an innovative approach solving the heliostat location problem without fixing geometrical patterns. This algorithm is extended in Chapter 3 to address the solar field design with heliostat pod systems (triangular structures having several heliostats on it). Chapters 4 and 5 concern heuristic procedures adapted to the solution of innovative problems arising in this technology: multiple receivers system design and multi-size-heliostat field design. Both are challenging problems due to their high complexity. The heuristic algorithm in Chapter 2 has been modified and combined with different optimization procedures in order to furnish a solution which, although not optimal, is competitive and can be considered as a good solution. Along all the chapters, the results have been compared to the state-ofthe- art results, when available. This has allowed to validate the proposed algorithms. The general conclusions and some comments on further work are commented in the last chapter.