A Modelica dynamic model of a supercritical CO2 energy conversion system for EU-DEMO

Abstract

La tecnología de fusión nuclear es uno de los principales candidatos valiosos para proporcionar una carga base fiable en los escenarios energéticos futuros con bajas emisiones de carbono. de carbono, gracias a su densidad de potencia, sus bajas emisiones y su flexibilidad, así como a los sistemas de conversión de energía que podrían mejorar su rendimiento, como el ciclo Brayton de CO2 supercrítico. Dado que la central nuclear deberá suministrar cargas variables, debido a la naturaleza fluctuante de las energías renovables energías renovables, será necesario contar con una potente herramienta de modelización para simular distintas salidas de potencia. El presente documento presenta un modelo dinámico de un ciclo de potencia supercrítica de CO2 desarrollado con Modelica, orientado al diseño de sistemas de control para ajustar la producción de energía en función de la carga requerida. Gracias a la actuación de tres controladores PI el sistema es capaz de seguir un perfil de carga variable preservando la temperatura de entrada de la turbomaquinaria, para evitar cualquier posible daño de los dispositivos. El trabajo ha demostrado la idoneidad y el interés potencial de el uso de Modelica en este tipo de análisis.

Nuclear fusion technology is one of the main valuable candidates for providing a trustable base load in lowcarbon future energy scenarios, thanks to its power density, low emissions and flexibility, together with innovative power conversion systems that could improve its performance, as the supercritical CO2 Brayton cycle. Since the nuclear plant will be required to provide variable loads, due to the fluctuating nature of renewable energies, a powerful modelling tool will be necessary to simulate different power outputs. The present paper presents a dynamic model of a supercritical CO2 power cycle developed with Modelica, aimed at the design of control systems to adjust the power production according to the load required. Thanks to the activity of three PI controllers, the system is able to follow a variable load profile while preserving the turbomachinery inlet temperature, to avoid any possible damage of the devices. The work has shown the adequacy and potential interest of the use of Modelica in this kind of analyses.