Planta de energía solar con turbina de gas integrada.

Planta de energía solar (1) que comprende, respectivamente, un primer circuito, el cual forma un circuito solar

(2)para circular un medio fluido solar y un segundo circuito, el cual forma un circuito de vapor (3) para circular unsegundo medio fluido, en donde el circuito solar (2) comprende:

- una bomba (21) para circulación del medio fluido solar del primer circuito;

- al menos un colector solar (22) para transferir el calor solar recolectado al medio fluido solar;

y en donde el circuito de vapor (3) comprende:

- una suministro de alimentación (30);

- una bomba (31) para circulación del segundo medio fluido en el segundo circuito;

- y una turbina de vapor (33) para generar electricidad a partir del vapor;

en la cual se disponen al menos un intercambiador de calor primer fluido / segundo fluido (23) para acoplarsetérmicamente al circuito solar (2) y al circuito de vapor (3) para intercambiar calor desde el medio de flujo solar en elcircuito solar (2) al segundo medio fluido en el circuito de vapor (3);

caracterizada por qué el circuito solar (2) además comprende una fuente de energía auxiliar:

- una fuente de calor (41) para generar un flujo de gas de calentamiento;

- un conducto de gas (42) para guiar el flujo del gas de calentamiento desde la fuente de calor (41);

- un intercambiador de calor gas / primer fluido (44), el cual está dispuesto, al menos parcialmente, en el conductode gas (42), para transferir calor desde el gas de calentamiento al medio fluido solar en el circuito solar (2), de talmanera que el medio fluido solar se calienta directamente mediante el gas de calentamiento.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/NL2010/050846.

Solicitante: NEM Energy B.V.

Nacionalidad solicitante: Países Bajos.

Dirección: 800, Prinses Beatrixlaan 2595 BN 'S-Gravenhage PAISES BAJOS.

Inventor/es: ROP,Peter Simon.

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)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN... > PLANTAS MOTRICES A VAPOR; ACUMULADORES DE VAPOR;... > Plantas motrices a vapor no previstas en otro lugar > F01K21/04 (utilizando una mezcla de vapor y de gas; Plantas motrices que producen o que sobrecalientan el vapor poniendo en contacto directo el agua o el vapor con gases calientes (generadores de vapor de contacto directo en general F22B))
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MOTORES DE COMBUSTION; PLANTAS MOTRICES DE GASES... > PLANTAS MOTRICES DE TURBINAS DE GAS; TOMAS DE AIRE... > Plantas motrices de turbinas de gas caracterizadas... > F02C1/05 (caracterizado por el tipo de fuente de calor, p. ej. usando energía nuclear o solar)

PDF original: ES-2452290_T3.pdf

 

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Planta de energía solar con turbina de gas integrada.

Fragmento de la descripción:

Planta de energía solar con turbina de gas integrada La invención se refiere a una planta de energía solar, en particular a una planta de energía solar híbrida. La planta de energía solar comprende un primer circuito para un primer medio fluido y un segundo circuito para un segundo medio fluido. Generalmente, el primer circuito es un circuito de fluido de transferencia de calor (HTF) , en donde el primer medio fluido es un medio fluido HTF como un aceite térmico. El segundo circuito es generalmente un circuito agua / vapor, en donde el segundo medio fluido comprende un medio fluido agua / vapor.

En la práctica, una planta de energía solar como esta es conocida. La figura 1 de esta solicitud muestra una vista esquemática de dicha planta de energía solar convencional. La configuración mostrada de la planta de energía solar es una configuración práctica aceptada la cual se construye en una pluralidad de lugares en el mundo. La planta de energía solar tiene un primer y un segundo circuito que están acoplados térmicamente. El primer circuito es un circuito para un fluido de transferencia de calor solar, un HTF solar. El segundo circuito es un circuito para una mezcla de vapor y agua.

El primer circuito comprende una bomba de circulación del medio fluido en el circuito HTF. Además, el primer circuito comprende un campo solar que incluye al menos un colector solar para transferir la energía solar al medio fluido HTF. El medio fluido HTF en el circuito HTF se calienta mediante la energía solar recibida. Normalmente, el primer medio fluido es un aceite que se calienta mediante el colector solar a una alta temperatura de como máximo 400 ºC. Se ha de tener cuidado de evitar que la temperatura del medio fluido se eleve por encima de la temperatura máxima de alrededor de 400 ºC. Por encima de esta temperatura, el medio fluido HTF oleoso se puede deteriorar rápidamente.

La energía de calentamiento del medio fluido HTF se transfiere al segundo medio fluido mediante intercambiadores de calor. El segundo circuito comprende una bomba de circulación del segundo medio fluido, un suministro de alimentación para suministrar agua, un economizador, un evaporador, un sobrecalentador, un recalentador y una turbina de vapor para generar energía eléctrica a partir del vapor. La turbina de vapor tiene nueve secciones, de tal manera que el vapor pasante se expande y se enfría de forma gradual.

Un inconveniente de las plantas de energía solar conocidas es la reducida disponibilidad. La disponibilidad de la planta de energía solar es dependiente de muchos aspectos. Un factor esencial es que la energía solar está solo disponible durante el tiempo diurno y está influenciada por las condiciones climatológicas. No se genera energía durante la noche y se genera menos energía durante un día nublado. Habitualmente, la eficiencia total de la planta de energía solar conocida es de aproximadamente el 35%.

EP 2.037.192 describe un primer circuito de vapor que comprende una turbina de vapor y una turbina de gas. El calor originado a partir de de la turbina de gas es utilizado en una caldera de recuperación de calor sobrante para calentar una mezcla de agua / vapor la cual circula en el primer circuito de vapor. Se proporciona una primera tubería de suministro de vapor para suministrar vapor desde la caldera de recuperación de calor sobrante a la turbina de vapor. Una segunda tubería de suministro de vapor es ramificada de la primera tubería de suministro de vapor para obtener un acoplamiento térmico para trasferir calor desde un segundo circuito, dispuesto de forma separada, al primer circuito de vapor.

El segundo circuito incluye varias zonas de recolección de calor. Las zonas de recolección de calor están dispuestas en paralelo y se hace circular un fluido de trasferencia de calor mediante una bomba. El segundo circuito comprende además un dispositivo intercambiador de calor para trasferir el calor desde el segundo circuito a la mezcla de vapor / agua en la segunda tubería de suministro de vapor del primer circuito.

Un inconveniente de la configuración descrita es que la eficiencia de la configuración, en su conjunto, no satisfactoria.

DE 101 44841 describe un circuito de vapor que incluye un campo solar. El circuito de vapor comprende una turbina de gas. La turbina de gas tiene un conducto de gas para guiar el flujo de calor caliente a lo largo de varios intercambiadores de calor del circuito de vapor. El conducto de gas está subdividido en un primer y un segundo pasajes de gas. El flujo de gas de calentamiento es distribuido sobre el primer y segundo pasajes de gas. El circuito de vapor tiene un conducto de suministro de agua el cual está ramificado para suministrar agua a través de cada uno de los pasajes de gas. El primer y segundo pasajes de gas están, cada uno, provistos de, respectivamente, tres intercambiadores de calor los cuales funcionan como un economizador, un evaporador y un sobrecalentador. El primer pasaje de gas incluye un campo solar como evaporador.

Un primer inconveniente del circuito de vapor descrito es que sólo se proporciona un circuito que incluye una mezcla de agua / vapor. La mezcla de agua / vapor es suministrada al campo solar, lo cual resultará en una reducida

eficiencia. Un inconveniente adicional a esta configuración conocida es que el conducto subdividido proporciona problemas constructivos para construir y hacer funcionar el conducto de gas. Además, la configuración incluye intercambiadores de calor duplicados lo cual incrementa los costes para construir la instalación.

DE 195.51.645 describe una configuración, la cual presenta una combinación de un circuito de gas y un circuito de vapor. El circuito de gas incluye un campo solar para precalentar el gas suministrado. El gas precalentado es posteriormente suministrado a una turbina de gas para generar electricidad.

El circuito de vapor comprende una turbina de vapor. Un flujo de vapor se suministra a la turbina de vapor para generar electricidad. El circuito de vapor está acoplado térmicamente al circuito de gas mediante un intercambiador de calor para transferir el calor sobrante originado en la turbina de gas al flujo de vapor en el circuito de vapor.

Un primer inconveniente de la configuración descrita es que la eficiencia no es satisfactoria. Un inconveniente adicional es que una puesta marcha de la turbina de gas es siempre necesaria para generar electricidad. El campo solar está dispuesto para precalentar un flujo de gas, en el cual posteriormente se mezcla un combustible. No se describe cómo producir energía puramente solar sin la necesidad de una turbina de gas que consuma combustible.

Es un objeto de la presente invención eliminar, al menos parcialmente, los inconvenientes mencionados anteriormente y / o proporcionar una alternativa utilizable. En particular, es un objeto de la invención proporcionar medidas que incrementen la disponibilidad de una planta de energía solar. De forma más particular, es un objeto proporcionar al menos una medida ventajosa para la configuración práctica y aceptada de una planta de energía solar como la mostrada en la figura 1. En particular, la invención pretende proporcionar una planta de energía solar que sea capaz de producir electricidad a partir de energía puramente solar sin emisiones de CO2 cuando esté disponible la energía solar suficiente durante la luz del día.

De acuerdo con la invención, este objeto se consigue mediante una planta de energía solar de acuerdo con la reivindicación 1.

La planta de energía solar de acuerdo con la invención es una planta de energía solar híbrida, lo cual significa que además de una fuente de energía solar está disponible una fuente de energía auxiliar. La fuente de energía auxiliar puede... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Planta de energía solar (1) que comprende, respectivamente, un primer circuito, el cual forma un circuito solar (2) para circular un medio fluido solar y un segundo circuito, el cual forma un circuito de vapor (3) para circular un segundo medio fluido, en donde el circuito solar (2) comprende:

- una bomba (21) para circulación del medio fluido solar del primer circuito;

- al menos un colector solar (22) para transferir el calor solar recolectado al medio fluido solar;

y en donde el circuito de vapor (3) comprende:

- una suministro de alimentación (30) ;

- una bomba (31) para circulación del segundo medio fluido en el segundo circuito;

- y una turbina de vapor (33) para generar electricidad a partir del vapor;

en la cual se disponen al menos un intercambiador de calor primer fluido / segundo fluido (23) para acoplarse térmicamente al circuito solar (2) y al circuito de vapor (3) para intercambiar calor desde el medio de flujo solar en el circuito solar (2) al segundo medio fluido en el circuito de vapor (3) ;

caracterizada por qué el circuito solar (2) además comprende una fuente de energía auxiliar:

- una fuente de calor (41) para generar un flujo de gas de calentamiento;

- un conducto de gas (42) para guiar el flujo del gas de calentamiento desde la fuente de calor (41) ;

- un intercambiador de calor gas / primer fluido (44) , el cual está dispuesto, al menos parcialmente, en el conducto de gas (42) , para transferir calor desde el gas de calentamiento al medio fluido solar en el circuito solar (2) , de tal manera que el medio fluido solar se calienta directamente mediante el gas de calentamiento.

2. Planta de energía solar de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la fuente de calor (41) es una turbina de gas.

3. Planta de energía solar de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, en donde el primer medio fluido solar es un fluido de transferencia de calor solar (HTF) y en donde el intercambiador de calor gas / primer fluido (44) es un intercambiador de calor gas - fluido de transferencia de calor (gas - HFT) .

4. Planta de energía solar de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde el segundo medio fluido comprende una mezcla de agua y vapor.

5. Planta de energía solar de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde al menos un intercambiador de calor (45) se dispone, al menos parcialmente, en el conducto de gas (42) entre la fuente de calor

(41) y el intercambiador de calor gas / primer fluido (44) , en donde el intercambiador de calor (45) está en comunicación fluida con el segundo circuito, para transferir calor desde el gas de calentamiento al segundo medio fluido en el segundo circuito.

6. Planta de energía solar de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el intercambiador de calor (45) comprende al menos una sección de transferencia de calor (451, 452) la cual está dispuesta aguas arriba del flujo de gas del intercambiador de calor HTF (44) .

7. Planta de energía solar de acuerdo con la reivindicación 6, en donde al menos una sección de transferencia de calor (451) está dispuesta como un sobrecalentador en el segundo circuito.

8. Planta de energía solar de acuerdo con las reivindicaciones 6 ó 7, en donde al menos una sección de transferencia de calor (452) está dispuesta como un recalentador en el segundo circuito.

9. Planta solar de energía solar de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde el sobrecalentador y / o recalentador (451, 452) están configurados para calentar el segundo medio fluido en el segundo circuito por encima de al menos 400 °C, en particular al menos 450 °C y más en particular por encima de al menos 550 °C como una temperatura de entrada del segundo medio fluido a la turbina de vapor (33) .

10. Planta de energía solar de acuerdo con cualquiera de las reivindicacione.

5. 9, en donde la planta de energía solar está además provista de al menos un conducto de bypass (4512, 460) para puentear el al menos un intercambiador de calor (45, 46) del segundo circuito (3) , en donde el intercambiador de calor (45, 46) tiene un suministro de intercambio de calor y un conducto de descarga (4510, 461, 462) que incluyen al menos una válvula de intercambio de calor (4511, 4603) para abrir o cerrar el suministro de intercambio de calor y el conducto de descarga, en donde el conducto de bypass (4512) está en comunicación fluida con el suministro de intercambio de calor y con el conducto de descarga (4510, 461, 462) y está provisto de una válvula de bypass (4513, 4603) para abrir o cerrar el conducto de bypass (4512) durante el funcionamiento.

11. Planta de energía solar de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde el segundo circuito comprende un intercambiador de calor (46) , el cual, está al menos parcialmente, dispuesto en el conducto de gas

(42) aguas abajo del intercambiador de calor gas / primer fluido (44) .

12. Planta de energía solar de acuerdo con la reivindicación 11, en donde el segundo circuito comprende al menos un precalentador de agua alimentada (34) para calentar el agua suministrada (30) , en donde el intercambiador de calor (46) está dispuesto en paralelo a dicho precalentador de agua alimentada (34) .

13. Método para generar electricidad mediante una planta de energía solar hibrida (1) incluyendo una turbina de vapor (33) , un colector solar (22) y una fuente de calor auxiliar (41) que comprende las etapas de:

- circular un medio fluido solar en un primer circuito, el cual forma un circuito solar (2) que comprende el colector solar (22) ;

- circular un segundo medio fluido en un segundo circuito, el cual forma un circuito de vapor (3) que comprende una turbina de vapor (33) ; y

- transferir el calor desde el medio fluido solar al segundo medio fluido en el segundo circuito a través de, al menos un intercambiador de calor (23) , el cual proporciona una conexión térmica entre el primer y segundo circuitos exteriores a la fuente de calor auxiliar (41) ;

caracterizado porque el método comprende además una etapa de transferir calor al medio fluido solar en el circuito solar mediante, de forma selectiva, una o ambas de las siguientes etapas:

- transferir el calor solar recolectado por el colector solar (22) al medio de flujo solar del primer circuito;

- transferir el calor desde un gas de calentamiento originado a partir de la fuente de calor auxiliar (41) al medio fluido solar en el circuito solar, mediante un intercambiador de calor gas / primer fluido (44) , de tal manera que el medio fluido solar es calentado directamente por el gas de calentamiento.

14. Método de acuerdo con la reivindicación 13, que comprende además la etapa de transferir calor desde el gas de calentamiento originado a partir de la fuente de calor (41) al segundo medio fluido en el segundo circuito, mediante un intercambiador de calor (45) el cual está situado aguas arriba del intercambiador de calor gas / primer fluido (44) .

15. Método de acuerdo con las reivindicaciones 13 ó 14, que comprende además la etapa de transferir calor desde el gas de calentamiento originado a partir de la fuente de calor (41) al segundo medio fluido en el segundo circuito, mediante un intercambiador de calor (46) , el cual está situado aguas abajo del intercambiador de calor gas / primer fluido (44) .