Transient effects in linear concentrating solar thermal power plant

The work focuses on the linear concentrating solar power plant (CSP) (“Heat Transfer Fluid” based) with particular attention posed on the transient behavior of the solar field. The study is characterized by the development of modelling tools tailor made for the analysis of different CSP aspects. The first part of the PhD thesis work focuses on quasi-steady state analysis of CSP plants. The state of the art of linear CSP (e.g. parabolic trough, linear Fresnel reflectors) modelling is presented in order to familiarize with linear CSP thematic. This procedure represents the most common approach to establish the yearly performance of the whole plant. A specific MATLAB® suite is developed with the purpose of sizing the piping network and to calculate the transient response to a moving disturbance (i.e. moving rectangle that shades the solar field) or during solar field warm-up. Another part of the work deals with the development of a code able to compute the “Cloud Movement Vector” starting from solar radiation data derived from a measurement gird. In addition, an approximation of an opacity matrix representing a real cloud front is derived from real data and provided as input to the transient model of the solar field. The last part of the study focuses on the comparison of annual energetic yield computed with a quasi-steady approach, using a commercial code (Thermoflex®), and a simplified model that considers the main transient effects.

Lo studio si è concentrato su sistemi per produzione di energia elettrica tramite la concentrazione di energia solare con riflettori lineari. Particolare attenzione è stata riposta nello studio del comportamento dinamico del campo specchi. Il lavoro svolto ha visto l’implementazione di codici in grado di modellizare l’intero impianto secondo diversi punti di vista. La prima parte del lavoro si è focalizzata sulla descrizione e l’applicazione dell’approccio quasi-steady per la modellizazzione di impianti CSP; questo tipo di modellizzazione rappresenta l’approccio più comune per il calcolo delle prestazioniin energetiche annuali di impainti CSP. Lo sviluppo di un codice MATLAB® è stato necessario per il dimensionamento dettagliato del sistema di piping e il succesivo studio della risposta dinamica del campo specchi soggetto sia a disturbi mobili (es. rettangolo mobile che ombreggia il campo solare) che durante la fase di warm-up mattutino. Un’altra parte del lavoro si è occupata dello sviluppo di un codice in grado di calcolare il vettore di movimento di un fronte nuvoloso a partire da una serie di misurazioni di radiazione solare provenienti da una griglia di misura nistallata a terra. In aggiunta, gli stessi dati sono stati utilizzati per determinare una matrice di opacità che meglio identifichi il fronte nuvoloso. I risultati ottenuti in questa fase sono stati forniti come input al modello dinamico del campo solare. L’ultima parte dello studio analizza il confronto delle prestazioini annuali calcolate con una approccio quasi-steady , tramite l’utilizzo del codice commerciale Thermoflex®, e un modello semplificato che consideri gli effetti transitori principali.