Analytical modeling of DSG in parabolic trough solar collectors

Abstract

Direct steam generation (DSG) in the absorber pipes of parabolic trough solar collectors is a promising procedure since the thermal fluid is water instead of thermal oil, as conventional solar concentrating systems use. It enables higher cycle temperatures and efficiencies, reducing the cost of the system. This paper presents an analytical model of (DSG) process in parabolic trough collectors. A collector row was divided in three sections and for each section a system of differential equations was derived. The model was implemented and simulations performed using a configuration and parameters similar to works published in the technical literature. Results of simulation have shown good agreement with them and allow obtaining many important parameters of the (DSG) process along the collector row: external and internal absorber temperature, fluid flow and temperature, vapor title and useful energy. A linear relationship between useful energy and collected irradiance has been obtained. Using the utilizability method, this result enables to make long term predictions about the system’s performance.

Generación directa de vapor (GDV) en los tubos absorbedores de colectores solares cilindro parabólicos es un procedimiento promisorio ya que utiliza agua como fluido térmico en lugar de aceite (utilizado en los procedimientos convencionales). Permite temperaturas y por tanto eficiencias más elevadas del ciclo Rankine, reduciendo el costo del sistema. Este trabajo presenta un modelo analítico del proceso GDV en colectores solares cilindro-parabólicos. La columna de colectores fue dividida en tres secciones y se obtuvo un sistema de ecuaciones diferenciales para cada una de ellas. El modelo fue implementado y las simulaciones se realizaron con una configuración y parámetros similares a los trabajos publicados en la literatura técnica. Los resultados muestran un buen acuerdo con ellos y permiten la obtención de muchos parámetros importantes del proceso GDV a lo largo de la columna de colectores: temperatura interna y externa del tubo absorbedor, caudal y temperatura del fluido térmico, título de vapor y energía útil. Se ha obtenido una relación lineal entre la energía útil y la irradiación solar colectada. Por medio del método de utilizabilidad, este resultado permite hacer predicciones a largo plazo sobre el rendimiento del sistema.