Desarrollo de un modelo estacionario y transitorio de un sistema de micro-chp basado en motor stirlingaplicación al estudio del emplazamiento de diferentes viviendas móviles

Abstract

La producción combinada de calor y electricidad a pequeña escala, también conocido como micro-CHP, es una tecnología emergente con el potencial de obtener altas eficiencias energéticas y producir grandes beneficios ambientales. La posibilidad de producir calor y electricidad al mismo tiempo de la misma fuente de combustible reduce la cantidad de energía primaria consumida, lo cual está directamente relacionado con la reducción de emisiones de gases de efecto invernadero. La naturaleza distribuida de esta tecnología de generación facilita la reducción de las pérdidas debidas a la distribución y transmisión eléctrica y reduce los picos de demanda en las centrales de producción de energía. En la presente tesis doctoral se diseña una metodología para el desarrollo de modelos estacionario y transitorio para un sistema de microcogeneración (micro-CHP) basado en motor Stirling (SE) como fuente de calor y electricidad y su aplicación a viviendas móviles, y en particular a caravanas y embarcaciones de recreo a vela. Al tratarse de equipos compactos existen grandes posibilidades dentro del campo de la movilidad. Además se trata de una tecnología idónea para ser aplicada a sistemas móviles que puedan asentarse en cualquier emplazamiento, independientemente de la disponibilidad del acceso a la red. La aplicabilidad a viviendas móviles se estudia con la aplicación de un modelo estacionario de funcionamiento del sistema micro-CHP bajo las condiciones climáticas de diversas ubicaciones europeas y con un perfil de consumo eléctrico y térmico determinado. El funcionamiento del sistema de micro-CHP y su interacción con la vivienda móvil se simula mediante el software TRNSYS, obteniendo los resultados anuales correspondientes a generación de energía eléctrica y térmica en las ubicaciones estudiadas. Las conclusiones del estudio de viviendas móviles pueden ser extrapoladas a micro cogeneración doméstica teniendo en cuenta las variaciones en el tipo y tamaño de vivienda según la latitud. La metodología a emplear, sin embargo, sería la misma tomando las cautelas adecuadas. El diseño de la metodología para el desarrollo del modelo transitorio del sistema de micro-CHP pasa por un modelo cero-dimensional, donde la estructura del modelo refleja los procesos físicos subyacentes pero también se completa con relaciones obtenidas experimentalmente. Este modelo se desarrolla con las herramientas TRNSYS y GenOpt, utilizando datos experimentales obtenidos en el banco de ensayo de la unidad micro-CHP construido a tal efecto. Los resultados permiten evaluar la idoneidad y rendimiento del equipo de micro-CHP para las viviendas móviles estudiadas en las ubicaciones elegidas. El procedimiento de estudio es extensible a cualquier tipo de vivienda móvil, utilizando cualquiera de los modelos propuestos: el modelo estacionario o el modelo transitorio.