Central térmica solar.

Central térmica solar (1) que incluye un fluido portador de calor como portador de calor, al que puede aportarse energía térmica mediante radiación solar y que puede ceder al menos una parte de la energía térmica a un circuito agua/vapor

(6) de una turbina de vapor,

caracterizada porque están previstos al menos dos circuitos (15, 16) para el fluido portador de calor, en los que el fluido portador de calor circula y cede entonces energía térmica al circuito agua-vapor (6) de la turbina de vapor, presentando los circuitos (15, 16), de los que al menos hay dos, niveles de temperatura diferentes, tal que las temperaturas (T) superior y/o inferior de los dos circuitos (15, 16) son diferentes una de otra.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2012/052488.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: HAJE,DETLEF.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE RESORTES, DE PESOS, DE INERCIA O ANALOGOS;... > Dispositivos productores de potencia mecánica a... > F03G6/06 (con medios de concentración de energía solar)

PDF original: ES-2522872_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

La invención se refiere a una central térmica solar según el preámbulo de la reivindicación 1.

Las centrales térmicas solares, como las descritas en el documento DE 1295677, se realizan a menudo con forma constructiva de canal parabólico. Allí están dispuestas tuberías portadoras de calor en los puntos focales de los canales parabólicos. Los canales parabólicos realizan un seguimiento de la situación del sol, con lo que se logra continuamente una radiación incidente lo más optimizada posible. Usualmente se reúnen en las llamadas centrales de granja una pluralidad de canales parabólicos para formar un campo solar.

Otro tipo de centrales térmicas solares son las centrales de torre, en las que se concentra la radiación Incidente sobre una superficie central de radiación incidente en la torre.

A través de las tuberías portadoras de calor de las centrales térmicas solares configuradas en forma constructiva de canales parabólicos, fluye un fluido, que sirve como portador de calor y por lo tanto a continuación se denominará también fluido portador de calor. Para temperaturas hasta unos 4 °C se utiliza aceite y más allá sal fundida como fluido portador de calor.

El fluido portador de calor cede una parte de su energía térmica a través de intercambiadores de calor a un circuito agua-vapor, que sirve para accionar una turbina de vapor. Para ello se conduce el fluido portador de calor a contracorriente respecto al circuito agua-vapor. La figura 1 muestra la estructura básica de una central térmica solar conocida por el estado de la técnica. La central térmica solar 1 incluye la ya descrita configuración de canales parabólicos 2, compuesta por los canales parabólicos 4 y las tuberías portadoras de calor 5 dispuestas en su punto focal. Las tuberías portadoras de calor 5 están llenas de un fluido portador de calor como portador de calor. Además incluye la central térmica solar 1 una configuración de turbina de vapor 3 que en principio está constituida como una turbina de vapor normal, es decir, la turbina de vapor Incluye además de la turbina 24 propiamente dicha varios componentes para la conducción del vapor y/o para la condensación del vapor. No entraremos aquí más en detalle en la forma de funcionamiento precisa de una turbina de vapor, ya que la misma se conoce desde hace mucho tiempo por el estado de la técnica.

La generación solar de vapor se realiza en el circuito vapor-agua 6. Al circuito vapor-agua 6 pertenecen al menos un precalentador 7, que precalienta el agua de alimentación, un generador de vapor 8 para evaporar el agua de alimentación, así como un sobrecalentador 9 que sobrecalienta el vapor. El precalentador 7, el generador de vapor 8 y el sobrecalentador 9 están realizados en forma de intercambiadores de calor. El fluido portador de calor fluye a contracorriente respecto al circuito agua- vapor a través de los Intercambiadores de calor. El fluido portador de calor tiene a la entrada del sobrecalentador la máxima temperatura. Uno tras otro, recorre el fluido portador de calor a continuación el evaporador y el precalentador y pierde en ello cada vez más energía térmica y temperatura. Una vez que el fluido portador de calor ha abandonado el precalentador, fluye el mismo eventualmente a través de un acumulador adicional de retorno a la configuración de canales parabólicos 2, donde el mismo se calienta de nuevo y absorbe energía térmica.

Como sobrecalentador se utiliza al respecto un aparato intercamblador de calor o una parte de un aparato ¡ntercambiador de calor que eleva el nivel de temperatura del vapor por encima de la temperatura del vapor saturado correspondiente a la respectiva presión.

Como evaporador se considera un aparato intercambiador de calor o una parte de un aparato Intercamblador de calor que provoca la transición de fases del agua de líquido a vapor.

Como precalentador se considera un aparato intercambiador de calor o una parte de un aparato Intercamblador de calor que eleva el nivel de temperatura del agua de alimentación, en particular hasta la temperatura del vapor saturado correspondiente a la respectiva presión.

En el caso de un funcionamiento supercrítico de la instalación, el evaporador es aquel aparato intercambiador de calor o parte del mismo en el que se sobrepasa la temperatura crítica del agua. El sobrecalentador y el precalentador están respectivamente posconectado y antepuesto al evaporador en el lado de vapor.

Tal como puede observarse en la figura 1, son recorridos el sobrecalentador, el generador de vapor y el precalentador uno tras otro (en serie) por el fluido portador de calor. Un inconveniente de esta solución es que el nivel de temperatura del fluido no está adaptado óptimamente al circuito agua-vapor de la turbina de vapor. Esto obstaculiza un posible aumento de la presión y con ello un incremento del rendimiento en el lado del vapor. Además es necesario calentar todo el flujo másico del fluido portador de calor hasta la elevada temperatura de entrada en el sobrecalentador. Esto es especialmente desfavorable, ya que al

aumentar el nivel de temperatura aumentan las pérdidas térmicas del fluido portador de calor en el campo solar (radiación de calor, inevitable conducción del calor).

En el diagrama de la figura 2 puede observarse que para aumentar la presión del vapor de 95 bar a 135 bar debe incrementarse la temperatura inferior del fluido térmico de 285 °C a 314,5 °C. Pero una tal elevación apenas es realizable debido a las pérdidas térmicas.

Se conoce la realización de centrales térmicas solares con un recalentamiento intermedio con calor solar (mediante portador de calor). También aquí pueden resultar Inconvenientes al aportarse el calor a un único nivel de temperatura.

Por lo tanto es tarea de la invención mejorar una central térmica solar conocida por el estado de la técnica tal que se logre un aumento del rendimiento.

La tarea se resuelve mediante las características de la reivindicación independiente 1.

Otras ventajas de la invención, que pueden utilizarse aisladas o en combinación entre si, son objeto de las reivindicaciones subordinadas.

La central térmica solar correspondiente a la invención, que incluye un fluido portador de calor como portador de calor, al que puede aportarse energía térmica mediante radiación solar y que puede ceder al menos una parte de la energía térmica a un circuito agua/vapor de una turbina de vapor, se caracteriza porque están previstos al menos dos circuitos para el fluido portador de calor, en los que el fluido portador de calor circula y cede la energía térmica al circuito agua-vapor de la turbina de vapor, presentando los circuitos, de los que al menos hay dos, niveles de temperatura diferentes, tal que las temperaturas superior y/o inferior de los dos circuitos son diferentes una de otra.

Mediante la utilización de al menos dos circuitos para el fluido portador de calor, puede repartirse el flujo másico total entre dos circuitos. Para ello debe calentarse solamente el flujo másico que se conduce al sobrecalentador hasta la máxima temperatura. El fluido portador de calor que circula en el segundo circuito debe llevarse solamente a la temperatura necesaria para el evaporador y/o el precalentador. Mediante el reparto del flujo másico total entre dos circuitos, resulta una configuración energéticamente más favorable. Los intercambiadores de calor para el sobrecalentador, el evaporador y el precalentador no están conectados aquí en serie, como en el estado de la técnica. Más bien resulta una conexión en paralelo de dos circuitos, estando conectado a un primer circuito al menos el ¡ntercambiador de calor del sobrecalentador y al segundo circuito al menos el ¡ntercambiador de calor del precalentador.... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Central térmica solar (1) que incluye un fluido portador de calor como portador de calor, al que puede aportarse energía térmica mediante radiación solar y que puede ceder al menos una parte de la energía térmica a un circuito agua/vapor (6) de una turbina de vapor, caracterizada porque están previstos al menos dos circuitos (15, 16) para el fluido portador de calor, en los que el fluido portador de calor circula y cede entonces energía térmica al circuito agua-vapor (6) de la turbina de vapor, presentando los circuitos (15, 16) , de los que al menos hay dos, niveles de temperatura diferentes, tal que las temperaturas (T) superior y/o inferior de los dos circuitos (15, 16)

son diferentes una de otra.

2. Central térmica solar (1) según la reivindicación 1, caracterizada porque los niveles de temperatura en los circuitos (15, 16) , de los que al menos hay dos, están diseñados tal que la pérdida de exergía en los circuitos (15, 16) , de los que al menos hay dos, se encuentra en cada caso en un mínimo.

3. Central térmica solar (1) según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la energía térmica del fluido portador de calor se transmite mediante intercambiadores de calor (7, 8, 9) al circuito agua-vapor (6) de la turbina de vapor.

4. Central térmica solar (1) según la reivindicación 3, caracterizada porque la central térmica solar (1) incluye un intercambiador de calor (7) para el precalentamiento del agua en el circuito agua-vapor (6) , un intercambiador de calor (8) para la generación de vapor en el circuito agua-vapor (6) y un intercambiador de calor (9) para sobrecalentar el vapor en el circuito agua-vapor (6) .

5. Central térmica solar (1) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la central térmica solar (1) presenta un acumulador de calor (19) para acumular energía térmica que cede energía térmica cuando se necesita al fluido portador de calor de uno o varios circuitos (15, 16) , en particular al circuito (16) con el nivel de temperatura más bajo.

6. Central térmica solar (6) según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque la cantidad de calor que se aporta al circuito agua-vapor (6) mediante el fluido portador de calor se regula en función del estado de servicio de la central térmica solar (1) , en particular de la irradiación solar, del grado de carga del acumulador y de la demanda de potencia.