MÉTODO PARA OPERAR UNA CENTRAL ELÉCTRICA CON MÚLTIPLES FUENTES TÉRMICAS Y DISPOSITIVO EMPLEADO.

Método para operar una central eléctrica con múltiples fuentes térmicas y dispositivo empleado

, en donde se utiliza un fluido de una fuente térmica de baja-media temperatura, y en donde la central eléctrica con múltiples fuentes térmicas incluye una turbina o equipo de expansión que trabaja con un fluido motor orgánico, que comprende el precalentamiento del fluido motor orgánico usando el fluido de la fuente térmica de baja-media temperatura y además provee más calor desde una fuente térmica adicional para vaporizar el fluido motor que se suministra a la turbina o equipo de expansión. El dispositivo empleado comprende un intercambiador de calor adecuado para el precalentamiento de un fluido motor orgánico con un fluido geotérmico de baja-media temperatura, y medios de captación de energía solar adecuados para proporcionar calor directa o indirectamente al fluido motor orgánico precalentado para calentar o vaporizar el fluido motor.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201232064.

Solicitante: ORMAT TECHNOLOGIES INC.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 6225 Neil Road, Suite 300 Reno NV 89511-1136 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: SINAI, JOSEPH, BRONICKI,LUCIEN, KRIEGER,Zvi, BERGER,Dov.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > PRODUCCION DE VAPOR > METODOS DE PRODUCCION DE VAPOR; CALDERAS DE VAPOR... > F22B1/00 (Métodos de producción de vapor caracterizados por la forma de producirse el calor (utilización del calor solar F24J 2/00; medios de refrigeración por camisa exterior de agua, aceite, etc. u otros en los cuales se produce vapor que sirve para refrigerar otros aparatos, véanse las subclases correspondientes a tales aparatos))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > PLANTAS MOTRICES A VAPOR; ACUMULADORES DE VAPOR;... > Plantas motrices o motores caracterizados por el... > F01K25/10 (siendo estos vapores fríos, p. ej. amoniaco, gas carbónico, éter)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MOTORES DE RESORTES, DE PESOS, DE INERCIA O ANALOGOS;... > F03G6/00 (Dispositivos productores de potencia mecánica a partir de energía solar (hornos solares F24))
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MÉTODO PARA OPERAR UNA CENTRAL ELÉCTRICA CON MÚLTIPLES FUENTES TÉRMICAS Y DISPOSITIVO EMPLEADO.

Fragmento de la descripción:

MÉTODO PARA OPERAR UNA CENTRAL ELÉCTRICA CON MÚLTIPLES FUENTES TÉRMICAS Y DISPOSITIVO EMPLEADO

Sector de la técnica La presente invención se relaciona con el uso eficiente de fluidos como fuente de calor sensible con temperatura media-baja en conjunto con fuentes térmicas con temperaturas relativamente altas. Más en particular, la invención se relaciona con un método y un sistema novedosos para usar fluidos y/o líquidos geotérmicos con temperaturas bajas y medias, desde pozos geotérmicos, o alternativamente corrientes térmicas industriales en desuso, al hacer uso de estas fuentes junto con la energía solar.

Estado de la técnica La explotación económica de fuentes térmicas, sin combustibles fósiles y sin fuentes nucleares, para la generación de energía depende de la cantidad del calor disponible, su temperatura y el tamaño de la central eléctrica que puede justificar sus costos de 20 construcción así como también sus costos de operación. Con relación a esto, cuanto menor sea la temperatura de la fuente de energía, mayor será la carga térmica (y por consiguiente mayores serán los intercambiadores de calor) requeridos para una salida de energía dada. Como consecuencia, el costo de la central eléctrica por kW será mayor. En el caso de la energía geotérmica por ejemplo, los campos geotérmicos que comprenden pozos que 25 producen fluido geotérmico de baja temperatura no pueden ser explotados eficiente y económicamente para operar las centrales eléctricas, ya que cuanto menor sea la entalpía del fluido, más costosa se volverá la central eléctrica para una capacidad dada. Debido a esto, los pozos geotérmicos cuyos costos de perforación son sustanciales, generalmente no se explotan con estos fluidos geotérmicos. Además, la temperatura del fluido geotérmico producido por la operación de los pozos geotérmicos puede caer después de algunos años de operación originando una reducción del rendimiento de la central eléctrica geotérmica así como también una posible disminución de la utilidad eléctrica.

La mayoría de las fuentes térmicas con temperatura baja están en forma de calor sensible,

el cual se utiliza con mayor eficiencia para el calentamiento previo en las centrales eléctricas con ciclo Rankine. Su uso para vaporizar el fluido motor a temperatura constante en el ciclo

de energía no es efectivo (véase la Fig. 1) . Con respecto a esto, los fluidos orgánicos requieren menor calentamiento previo que el agua/vapor y de esta forma utilizar con mayor efectividad el calor sensible.

Como consecuencia a esto, no pueden utilizarse efectivamente fluidos con fuentes térmicas de baja temperatura.

En lo que se refiere a plantas de energía solar, su costo depende en gran medida del coste del colector solar o el tamaño del colector solar por kW. Además, a fin de que las plantas de energía solar proporcionen energía continua, necesitan usar un almacenamiento costoso (que requiere de captadores solares de calentamiento líquido adicionales) y/o combustible fósil.

Algunos métodos se han vislumbrado hasta ahora para explotar la baja carga térmica y así la baja introducción desde las fuentes geotérmicas en una forma más eficiente. Las patentes US 4, 578, 953 y 4, 700, 543, de Krieger, y Moritz, cuyas enseñanzas se incorporan en la presente invención como referencia, describen una pluralidad de centrales eléctricas independientes con ciclo Rankine cerrado, cada una de estas centrales tiene un vaporizador, operado al aplicar en serie un medio o fluido de la fuente de temperatura media o baja a los vaporizadores de las centrales eléctricas para producir fluidos con fuente térmica agotada. Se proporciona un precalentador a cada vaporizador; y se aplica el fluido de la fuente térmica agotada a todos los precalentadores en paralelo. El fluido de la fuente térmica agotada sirve de esta forma para calentar el fluido de operación a la temperatura de evaporación, mientras que el fluido de la fuente térmica aplicado a los vaporizares suministra el calor latente de vaporización al fluido de operación de la central eléctrica.

Se han hecho intentos en el pasado por combinar la energía geotérmica y solar, pero sin enfocar el problema de optimización de las características específicas de las respectivas fuentes térmicas. Por ejemplo, el documento US 3, 950, 949 revela un método de operación de una máquina con ciclo de vapor en donde un fluido evaporable se hace circular en un circuito cerrado a través de una primera fuente térmica, una segunda fuente térmica, una máquina de expansión de vapor, un condensador, y de regreso a la primera fuente térmica. El método de operación comprende los pasos del calentamiento del fluido en la primera fuente térmica con una temperatura relativamente baja para vaporizar, al menos, la principal porción del fluido, sobrecalentar el fluido en una segunda fuente térmica a una temperatura T, proveer el fluido a la máquina de expansión de vapor para producir energía y después expulsar el fluido expandido desde la máquina a una temperatura T2 que es mayor que a la temperatura T. Esta solución describe la combinación del calor geotérmico y el calor solar en una forma que no es eficiente, ya que el propósito es el sobrecalentamiento del fluido en circulación. Actualmente, no se ha hecho ninguna aplicación práctica de este método.

Otro intento por integrar la energía geotérmica y solar se describe en el documento US 4, 099, 381 donde el transporte de energía y el sistema de conversión se provee para conducir la energía geotérmica sobre amplias distancias evitando la pérdida de calor mediante el uso de la energía solar, a fin de permitir la conversión eficiente de energía geotérmica en una estación central de energía térmica. Sin embargo, el sistema descrito en esta patente no es práctico y es costoso y, además, se diseñó para prevenir la perdida de la energía geotérmica existente, y no para explotar la energía geotérmica con baja entalpía que de otra forma quedaría sin explotar.

Un objetivo de la presente invención es el proveer un método para explotar el fluido geotérmico con baja-media temperatura producida en los pozos geotérmicos a fin de que puede lograrse su explotación económica.

Otro objetivo de la invención es el proveer un método para explotar este fluido geotérmico con calidad baja-media producido en los pozos geotérmicos al combinarlos con el uso de la energía solar en una forma eficiente y económica.

Otro objetivo de la invención es el proveer un sistema que permita que el método de la invención se realice.

Otros objetivos y ventajas de la invención se volverán aparentes conforme avance la descripción.

Objeto de la invención De acuerdo con la presente invención, se provee un método para operar una central eléctrica con múltiples fuentes térmicas que utiliza un fluido como fuente térmica de bajamedia temperatura, en donde la central eléctrica con múltiples fuentes térmicas incluye una turbina o equipo de expansión que trabaja con un fluido motor orgánico, que comprende el

precalentamiento del fluido motor orgánico que usa el fluido de la fuente térmica de bajamedia temperatura y además provee más calor desde una fuente térmica adicional para - 4 -

vaporizar el fluido motor que se suministra a la turbina o equipo de expansión.

Además, en una modalidad de la presente invención, se proporciona un dispositivo que comprende un intercambiador de calor adecuado para el precalentamiento de un fluido motor orgánico con un fluido geotérmico de baja-media temperatura, y unos medios de captación de energía solar adecuados para proporcionar calor directa o indirectamente al fluido motor orgánico precalentado para...

 


Reivindicaciones:

1. Aparato para operar una central eléctrica con múltiples fuentes térmicas que utiliza un fluido de una fuente térmica de baja-media temperatura, que comprende un 5 intercambiador de calor adecuado para precalentar un fluido motor con un fluido de baja-media temperatura, y medios de captación de energía solar adecuados para proporcionar directa o indirectamente calor al fluido motor precalentado para calentar y vaporizar dicho fluido motor; en donde los medios de captación de energía solar comprenden un colector solar provisto de un concentrador solar, donde el

concentrador solar comprende un sistema receptor colector de concentración solar de torre de una central helioeléctrica de torre; y en dicha central eléctrica con múltiples fuentes térmicas dispone una turbina de vapor operada por el fluido motor vaporizado.

2. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque el fluido motor comprende un fluido motor orgánico.

3. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque el fluido de baja-media temperatura comprende fluido geotérmico.

4. Aparato según la reivindicación 3, caracterizado porque el fluido geotérmico comprende líquido geotérmico.

5. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque incluye medios para 25 transferir calor a dicho fluido motor a partir de fluido de calor residual.

6. Aparato según la reivindicación 5, caracterizado porque los medios para transferir calor a dicho fluido motor a partir de fluido de calor residual comprenden un intercambiador de calor para precalentar dicho fluido motor con calor de un fluido de calor residual.

7. Aparato según la reivindicación 6, caracterizado porque dicho intercambiador de calor para precalentar dicho fluido motor con calor de un fluido de calor residual comprende un intercambiador de calor para precalentar dicho fluido con calor

proveniente de un gas de escape.

8. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además un vaporizador para vaporizar el fluido motor.

9. Aparato según la reivindicación 8, caracterizado porque comprende un controlador

para incrementar o reducir la presión en el vaporizador como una función de la cantidad de energía suministrada por dichos medios de captación solar.

10. Método para operar una central eléctrica con múltiples fuentes térmicas que utiliza un fluido de una fuente térmica de baja-media temperatura, en el que dicha central 10 eléctrica con múltiples fuentes térmicas comprende un intercambiador de calor y medios de captación de energía solar, comprendiendo dicho método precalentar un fluido motor con un fluido de baja-media temperatura y proporcionar calor desde dichos medios de captación de energía solar para calentar y vaporizar directa o indirectamente un fluido motor mediante un colector solar usando un concentrador

solar que comprende un sistema receptor colector de concentración solar de torre de una central helioeléctrica de torre, en el que el fluido motor calentado y vaporizado por la energía solar opera una central eléctrica separada con ciclo superior.

11. Método según la reivindicación 10, caracterizado porque la operación de la central 20 eléctrica separada con ciclo superior se lleva a cabo usando agua como fluido motor.

12. Método según la reivindicación 10, caracterizado porque el precalentamiento de un fluido motor se lleva a cabo precalentando un fluido motor orgánico.

13. Método según la reivindicación 12, caracterizado porque comprende además vaporizar dicho fluido motor orgánico precalentado y producir un vapor de fluido motor orgánico.

14. Método según la reivindicación 13, caracterizado porque comprende además suministrar dicho vapor de fluido motor orgánico a una turbina de vapor de fluido motor orgánico para producir energía en una central eléctrica con ciclo inferior.

15. Método según la reivindicación 12, caracterizado porque el precalentamiento de un fluido motor orgánico se lleva a cabo precalentando un fluido motor orgánico 35 seleccionado de isopentano, n-pentano, butano, propano, hexano.

16. Método según la reivindicación 14, caracterizado porque proporcionar calor desde dichos medios de captación de energía solar para calentar y vaporizar directa o indirectamente un fluido motor se lleva a cabo usando un colector solar.

17. Método según la reivindicación 14, caracterizado porque incluye además suministrar parte del fluido motor vaporizado de dicha central eléctrica separada con ciclo superior por calor usando dichos medios de captación de energía solar a un vaporizador de una parte inferior de dicha central eléctrica con múltiples fuentes térmicas operada por un fluido motor orgánico para producir dicho vapor de fluido

motor orgánico.

18. Método según la reivindicación 17, caracterizado porque incluye además suministrar una parte adicional de fluido motor vaporizado de dicha central eléctrica separada con ciclo superior por calor desde dichos medios de captación de energía solar a una turbina para producir energía.

19. Método según la reivindicación 10, caracterizado porque incluye además recalentar el vapor expandido que sale de una turbina de vapor en dicha central eléctrica separada con ciclo superior usando dicho fluido geotérmico.

20. Método según la reivindicación 16, caracterizado porque incluye además suministrar calor recalentado a una turbina de vapor adicional para expandir el vapor recalentado y producir energía.

21. Método según la reivindicación 16, caracterizado porque incluye además precalentar dicho fluido motor usando dicho intercambiador de calor que comprende un precalentador en dicha central eléctrica separada con ciclo superior antes de suministrarlo a dichos medios de captación de energía solar para proporcionar directa o indirectamente calor a un fluido motor para calentar y vaporizar el fluido motor de dicha central eléctrica con ciclo superior.

22. Método según la reivindicación 10, caracterizado porque la etapa de precalentar un fluido motor con un fluido de baja-media temperatura se lleva a cabo usando un fluido geotérmico de baja-media temperatura.