CAMPO SOLAR HÍBRIDO.
Una planta de energía solar de concentración utiliza dos fluidos de transferencia de calor.
Un primer fluido de transferencia de calor se calienta en un campo de colectores solares de concentración. Un segundo fluido de transferencia de calor se calienta a través de un intercambiador de calor utilizando el calor impartido a partir del primer fluido de transferencia de calor. El segundo fluido de transferencia de calor se calienta después adicionalmente, por ejemplo, en un segundo campo de colectores solares de concentración, y la potencia se genera utilizando la energía térmica extraída del segundo fluido de transferencia de calor. El segundo fluido de transferencia de calor puede ser una sal solar, y por lo tanto puede tener una temperatura de trabajo más alta que el primer fluido de transferencia de calor. La planta de energía solar puede alcanzar las mejoras en la eficiencia de generación de potencia ofrecidas por la utilización de un fluido de trabajo a alta temperatura, aunque al menos parte de la planta no requiera calentamiento de reserva para protegerla contra eventos de congelación.
Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2012/052846.
Solicitante: Abengoa Solar, Llc.
Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.
Dirección: 1250 Simms Street 80401 Lakewood CO Colorado ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.
Inventor/es: PRIETO RIOS,CRISTINA, ARIAS,Diego, MATEOS DOMINGUEZ,Raúl, LUPTOWSKI,Brian, SEIDEL,William.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F01K3/00 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F01 MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN GENERAL; MAQUINAS DE VAPOR. › F01K PLANTAS MOTRICES A VAPOR; ACUMULADORES DE VAPOR; PLANTAS MOTRICES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR; MOTORES QUE UTILIZAN CICLOS O FLUIDOS DE TRABAJO ESPECIALES (plantas de turbinas de gas o de propulsión a reacción F02; producción de vapor F22; plantas de energía nuclear, disposición de motores en ellas G21D). › Plantas motrices caracterizadas por el empleo de acumuladores de vapor o de calor, o bien de recalentadores intermedios de vapor (regeneración del vapor evacuado F01K 19/00).
- F03G6/06 F […] › F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR. › F03G MOTORES DE RESORTES, DE PESOS, DE INERCIA O ANALOGOS; DISPOSITIVOS O MECANISMOS QUE PRODUCEN UNA POTENCIA MECANICA, NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR O QUE UTILIZAN UNA FUENTE DE ENERGIA NO PREVISTA EN OTRO LUGAR (disposiciones relativas a la alimentación de energía obtenida a partir de fuerzas de la naturaleza en los vehículos B60K 16/00; propulsión eléctrica de los vehículos por fuente de energía obtenida a partir de fuerzas de la naturaleza B60L 8/00). › F03G 6/00 Dispositivos productores de potencia mecánica a partir de energía solar (hornos solares F24). › con medios de concentración de energía solar.
- F22B1/00 F […] › F22 PRODUCCION DE VAPOR. › F22B METODOS DE PRODUCCION DE VAPOR; CALDERAS DE VAPOR (conjuntos funcionales de las máquinas de vapor en las que predominan los aspectos motores F01K; retirada de los productos o residuos de combustión, p. ej. limpieza de las superficies contaminadas por combustión de tubos y quemadores, F23J 3/00; sistemas de calefacción central doméstica que emplea vapor F24D; intercambio de calor o transferencia de calor en general F28; producción de vapor en los núcleos de los reactores nucleares G21). › Métodos de producción de vapor caracterizados por la forma de producirse el calor (utilización del calor solar F24S; medios de refrigeración por camisa exterior u otros en los cuales se produce vapor que sirve para refrigerar otros aparatos, véanse las subclases correspondientes a tales aparatos).
- F24J2/30
Fragmento de la descripción:
Campo solar híbrido Antecedentes
Las plantas de concentración de energía solar pueden generar grandes cantidades de energía eléctrica utilizando la energía del sol, y sin un consumo significativo de combustibles fósiles. En un tipo de planta solar de concentración, un fluido de transferencia de calor se hace circular a través de un campo de colectores solares de concentración para calentar el fluido de transferencia de calor. El fluido de transferencia de calor se hace pasar después a un bloque de potencia, que genera energía eléctrica utilizando el calor extraído del fluido de transferencia de calor.
El bloque de potencia puede utilizar un ciclo de potencia a base de vapor convencional, tal como un ciclo Rankine. La eficiencia del bloque de potencia depende de la temperatura más alta alcanzada por el fluido de transferencia de calor. En general, cuanto mayor es la temperatura alcanzada por el fluido de transferencia de calor, más eficiente será la generación de potencia.
Sumario
De acuerdo con un aspecto, un sistema de generación de energía comprende un primer campo de colectores solares de concentración, y un primer fluido de transferencia de calor que circula a través del primer campo de colectores solares de concentración. El primer fluido de transferencia de calor se calienta por el primer campo de colectores solares de concentración, y el primer fluido de transferencia de calor circula también a través de un intercambiador de calor. El sistema comprende además un segundo campo de colectores solares de concentración, y un bloque de generación de potencia. Un segundo fluido de transferencia de calor circula a través del segundo campo de colectores solares de concentración, el intercambiador de calor, y el bloque de generación de potencia. El intercambiador de calor transfiere energía térmica al segundo fluido de transferencia de calor procedente del primer fluido de transferencia de calor para calentar el segundo fluido de transferencia de calor desde una primera temperatura hasta una segunda temperatura. El segundo campo de colectores solares de concentración calienta el segundo fluido de transferencia de calor desde la segunda temperatura hasta una tercera temperatura, y el bloque de generación de potencia genera energía eléctrica utilizando la energía térmica extraída del segundo fluido de transferencia de calor.
En algunas realizaciones, el segundo fluido de transferencia de calor es una sal fundida. En algunas realizaciones, el primer fluido de transferencia de calor tiene una temperatura de operación máxima utilizable de menos de 45°C. En algunas realizaciones, el primer fluido de transferencia de calor tiene una temperatura de operación máxima utilizable, y el segundo fluido de transferencia de calor se calienta en el calentador solar de concentración secundario hasta una temperatura superior a la temperatura de operación máxima utilizable del primer fluido de transferencia de calor. En algunas realizaciones, el sistema de generación de energía comprende además un tanque de almacenamiento caliente y un tanque de almacenamiento frío, y el segundo fluido de transferencia de calor se hace fluir desde el calentador solar de concentración secundario hasta el tanque de almacenamiento caliente, y después hasta el bloque de generación de potencia, y el segundo fluido de transferencia de calor se hace fluir desde el bloque de generación de potencia hasta el tanque de almacenamiento frío y después hasta el intercambiador de calor. El campo de colectores solares de concentración puede incluir colectores de uno o más tipos seleccionados entre el grupo que consiste en colectores solares cilindro-parabólicos, colectores Fresnel, y colectores no formadores de imágenes. En algunas realizaciones, el campo de colectores solares de concentración incluye al menos un colector solar cilindro- parabólico. En algunas realizaciones, el campo de colectores solares de concentración incluye colectores de más de un tipo. El calentador solar de concentración secundario puede incluir un segundo campo de colectores solares de concentración. El segundo campo de colectores solares de concentración puede incluir al menos un colector solar cilindro- parabólico. En algunas realizaciones, el calentador solar de concentración secundario comprende un campo de espejos que reflejan la radiación solar en una ubicación común, y el segundo fluido de transferencia de calor circula a través de la ubicación común, el intercambiador de calor, y un bloque de generación de potencia.
En algunas realizaciones, el sistema de generación de energía incluye además una derivación del calentador solar de concentración secundario, y cuando no se utiliza la derivación, el segundo fluido de transferencia de calor circula a través del calentador solar de concentración secundario, del intercambiador de calor, y del bloque de generación de potencia, y cuando se utiliza la derivación, el segundo fluido de transferencia de calor circula a través del intercambiador de calor y del bloque de generación de potencia sin circular por el calentador solar de concentración secundario. En algunas realizaciones, el sistema de generación de energía incluye, además, una derivación del intercambiador de calor, y cuando no se utiliza la derivación, el segundo fluido de transferencia de calor circula a través del intercambiador de calor, del calentador solar de concentración secundario, y del bloque
de generación de potencia, y cuando se utiliza la derivación, el segundo fluido de transferencia de calor circula a través del calentador solar de concentración secundario y del bloque de generación de potencia sin fluir a través del intercambiador de calor. En algunas realizaciones, el bloque de generación de potencia utiliza un fluido de trabajo, y el fluido de trabajo se calienta utilizando al menos parte de la energía térmica extraída del segundo fluido de transferencia de calor.
De acuerdo con otro aspecto, un método de generación de energía eléctrica incluye hacer pasar un primer fluido de transferencia de calor a través de un campo de colectores solares de concentración para calentar el primer fluido de transferencia de calor, hacer pasar el primer fluido de transferencia de calor a través de un intercambiador de calor para impartir calor a un segundo fluido de transferencia de calor, hacer pasar el segundo fluido de transferencia de calor a través de un calentador solar de concentración secundario para calentar aún más el segundo fluido de transferencia de calor, hacer pasar el segundo fluido de transferencia de calor a un bloque de potencia que genera energía eléctrica utilizando la energía térmica extraída del segundo fluido de transferencia de calor, hacer pasar el segundo fluido de transferencia de calor de vuelta al intercambiador de calor para volver a calentado. El primer fluido de transferencia de calor se puede calentar por el campo de colectores solares de concentración hasta una temperatura máxima de menos de 45°C. El segundo fluido de transferencia de calor se puede calentar por el calentador solar de concentración secundario hasta una temperatura de más de 45°C. En algunas realizaciones, el segundo fluido de transferencia de calor se calienta por el calentador solar de concentración secundario hasta una temperatura mayor que de la temperatura de operación máxima utilizable del primer fluido de transferencia de calor. En algunas realizaciones, el método incluye además hacer pasar el segundo fluido de transferencia de calor a través de un tanque de almacenamiento caliente durante el flujo del segundo fluido de transferencia de calor desde el calentador solar de concentración secundario hasta el bloque de potencia. En algunas realizaciones, el método incluye además hacer pasar el segundo fluido de transferencia de calor a través de un tanque de almacenamiento frío durante el flujo del segundo fluido de transferencia de calor desde el bloque de potencia hasta el intercambiador de calor. En algunas realizaciones, hacer pasar el segundo fluido de transferencia de calor a través de un calentador solar de concentración secundario comprende hacer pasar el segundo fluido de transferencia de calor a través de un segundo campo de colectores solares de concentración. En algunas realizaciones, el método incluye además dirigir la radiación solar en una ubicación común de un campo de espejos, y hacer pasar el segundo fluido de transferencia de calor a través de un calentador solar de
concentración secundario comprende hacer pasar el segundo fluido de transferencia de calor a través de la ubicación común. En algunas realizaciones, el bloque de potencia utiliza un fluido de trabajo, y el método comprende además calentar el fluido de trabajo utilizando al menos una parte...
Reivindicaciones:
1. Un sistema de generación de energía, que comprende: un campo de colectores solares de concentración;
un intercambiador de calor;
un primer fluido de transferencia de calor que circula a través del campo de colectores solares de concentración de tal manera que el primer fluido de transferencia de calor es calentado por el campo de colectores solares de concentración, y en el que el primer fluido de transferencia de calor circula también a través del intercambiador de calor;
un calentador solar de concentración secundario;
un bloque de generación de potencia; y
un segundo fluido de transferencia de calor que circula a través del calentador solar de concentración secundario, del intercambiador de calor, y del bloque de generación de potencia;
en el que el intercambiador de calor imparte calor al segundo fluido de transferencia de calor desde el primer fluido de transferencia de calor para calentar el segundo fluido de transferencia de calor de una primera temperatura a una segunda temperatura;
y en el que el calentador solar de concentración secundario calienta el segundo fluido de transferencia de calor de la segunda temperatura a una tercera temperatura;
y en el que el bloque de generación de potencia genera energía eléctrica utilizando la energía térmica extraída del segundo fluido de transferencia de calor.
2. El sistema de generación de energíade la reivindicación 1, en el que el segundo fluido de transferencia de calor es una sal fundida.
3. El sistema de generación de energía de la reivindicación 2, en el que el primer fluido de transferencia de calor tiene una temperatura de operación máxima utilizable de menos de 45°C.
4. El sistema de generación de energía de la reivindicación 2, en el que el primer fluido de transferencia de calor tiene una temperatura de operación máxima utilizable, y en el que el
segundo fluido de transferencia de calor es calentado en el calentador solar de concentración secundario hasta una temperatura mayor que la temperatura de operación máxima utilizable del primer fluido de transferencia de calor.
5. El sistema de generación de energía de la reivindicación 1, que comprende además: un tanque de almacenamiento caliente, y
un tanque de almacenamiento frío;
en el que el segundo fluido de transferencia de calor se hace fluir desde el calentador solar de concentración secundario hasta el tanque de almacenamiento caliente, y después hasta el bloque de generación de potencia;
y en el que el segundo fluido de transferencia de calor se hace fluir desde el bloque de generación de potencia hasta el tanque de almacenamiento frío y después hasta el intercambiador de calor.
6. El sistema de generación de energía de la reivindicación 1, en el que el campo de colectores solares de concentración comprende colectores de uno o más tipos seleccionados de entre el grupo que consiste en colectores solares cilindro-parabólicos, colectores Fresnel, y colectores no formadores de imágenes.
7. El sistema de generación de energía de la reivindicación 6, en el que el campo de colectores solares de concentración comprende al menos un colector solar cilindro- parabólico.
8. El sistema de generación de energía de la reivindicación 6, en el que el campo de colectores solares de concentración comprende colectores de más de un tipo.
9. El sistema de generación de energía de la reivindicación 1, en el que el calentador solar de concentración secundario comprende un segundo campo de colectores solares de concentración.
1. El sistema de generación de energía de la reivindicación 9, en el que el segundo campo de colectores solares de concentración comprende al menos un colector solar cilindro- parabólico.
11. El sistema de generación de energía de la reivindicación 1, en el que el calentador solar de concentración secundario comprende un campo de espejos que reflejan la radiación solar
en una ubicación común, y en el que el segundo fluido de transferencia de calor circula a través de la ubicación común, del intercambiador de calor, y de un bloque de generación de potencia.
12. El sistema de generación de energía de la reivindicación 1, que comprende además una derivación del calentador solar de concentración secundario, y en el que:
cuando no se utiliza la derivación, el segundo fluido de transferencia de calor circula a través del calentador solar de concentración secundario, del intercambiador de calor, y del bloque de generación de potencia; y
cuando se utiliza la derivación, el segundo fluido de transferencia de calor circula a través del intercambiador de calor y del bloque de generación de potencia sin circular a través del calentador solar de concentración secundario.
13. El sistema de generación de energía de la reivindicación 1, que comprende además una derivación del intercambiador de calor, y en el que:
cuando no se utiliza la derivación, el segundo fluido de transferencia de calor circula a través del intercambiador de calor, del calentador solar de concentración secundario, y del bloque de generación de potencia; y
cuando se utiliza la derivación, el segundo fluido de transferencia de calor circula a través del calentador solar de concentración secundario y del bloque de generación de potencia sin fluir a través del intercambiador de calor.
14. El sistema de generación de energía de la reivindicación 1, en el que el bloque de generación de potencia utiliza un fluido de trabajo, y en el que el fluido de trabajo es calentado utilizando al menos parte de la energía térmica extraída del segundo fluido de transferencia de calor.
15. Un método de generación de energía eléctrica, comprendiendo el método:
hacer pasar un primer fluido de transferencia de calor a través de un campo de colectores solares de concentración para calentar el primer fluido de transferencia de calor;
hacer pasar el primer fluido de transferencia de calor a través de un intercambiador de calor para impartir calor a un segundo fluido de transferencia de calor;
hacer pasar el segundo fluido de transferencia de calor a través de un calentador solar de
concentración secundario para calentar aún más el segundo fluido de transferencia de calor;
hacer pasar el segundo fluido de transferencia de calor a un bloque de potencia que genera energía eléctrica que utiliza la energía térmica extraída del segundo fluido de transferencia de calor, y
hacer pasar el segundo fluido de transferencia de calor de vuelta al intercambiador de calor para que sea recalentado.
16. El método de generación de energía eléctrica de la reivindicación 15, en el que el primer fluido de transferencia de calor es calentado por el campo de colectores solares de concentración hasta una temperatura máxima de menos de 45°C.
17. El método de generación de energía eléctrica de la reivindicación 15, en el que el segundo fluido de transferencia de calor es calentado por el calentador solar de concentración secundario hasta una temperatura de más de 45°C.
18. El método de generación de energía eléctrica de la reivindicación 15, en el que el segundo fluido de transferencia de calor es calentado por el calentador solar de concentración secundario hasta una temperatura mayor que la temperatura de operación máxima utilizable del primer fluido de transferencia de calor.
19. El método de generación de energía eléctrica de la reivindicación 15, que comprende además hacer pasar el segundo fluido de transferencia de calor a través de un tanque de almacenamiento caliente durante el flujo del segundo fluido de transferencia de calor desde el calentador solar de concentración secundario hasta el bloque de potencia.
2. El método de generación de energía eléctrica de la reivindicación 15, que comprende además hacer pasar el segundo fluido de transferencia de calor a través de un tanque de almacenamiento frío durante el flujo del segundo fluido de transferencia de calor desde el bloque de potencia hasta el intercambiador de calor.
21. El método de generación de energía eléctrica de la reivindicación 15, en el que hacer pasa el segundo fluido de transferencia de calor a través de un calentador solar de concentración secundario comprende hacer pasar el segundo fluido de transferencia de calor, a través de un segundo campo de colectores solares de concentración.
22. El método de generación de energía eléctrica de la reivindicación 15, que comprende además dirigir la radiación solar en una ubicación común de un campo de espejos, y en el
que hacer pasa el segundo fluido de transferencia de calor a través de un calentador solar de concentración secundario comprende hacer pasar el segundo fluido de transferencia de calor a través de la ubicación común.
23. El método de generación de energía eléctrica de la reivindicación 15, en el que el bloque 5 de potencia utiliza un fluido de trabajo, y en el que el método comprende además calentar el fluido de trabajo utilizando al menos una parte del calor extraído del segundo fluido de transferencia de calor.
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