PLANTA HIBRIDA GESTIONABLE DE TECNOLOGIA TERMOSOLAR Y FOTOVOLTAICA Y METODO DE FUNCIONAMIENTO DE LA MISMA.
Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica y método de funcionamiento de la misma,
donde dicha planta híbrida comprende tres niveles de generación:
El nivel 1 (1) de generación fotovoltaica (42) que cubre autoconsumos de la planta;
el nivel 2 (2) de generación de la planta termosolar (44) y otra parte de generación fotovoltaica (45) que cubre los consumos de los servicios auxiliares de la planta termosolar (43);
el nivel 3 (3) de generación de otro área de producción fotovoltaica (46) que mejora la curva de producción total,
siendo la potencia total generada por la planta híbrida y vertida a la red (47), el resultado de la suma de generación de los tres niveles.
Los módulos fotovoltaicos de la invención se ubican en: la cara norte o sur de la torre no ocupada por la cavidad; la zona que rodea a los receptores solares de la torre; en cubiertas o tejados de la planta, en la parte trasera de los helióstatos; en terreno anexo a la planta de torre.
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201001207.
Solicitante: ABENGOA SOLAR NEW TECHNOLOGIES, S.A.
Nacionalidad solicitante: España.
Inventor/es: SERRANO GALLAR,LUCIA, NÚÑEZ BOOTELLO,JUAN PABLO, VALENZUELA RUBIA,Salvador, FERNÁNDEZ CALDERÓN,Lucia.
Fecha de Publicación: .
Clasificación Internacional de Patentes:
- F24J2/07
- F24J2/10
- F24J2/38
- H01L31/052 ELECTRICIDAD. › H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS. › H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctricas en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › H01L 31/00 Dispositivos semiconductores sensibles a la radiación infrarroja, a la luz, a la radiación electromagnética de ondas más cortas, o a la radiación corpuscular, y adaptados bien para la conversión de la energía de tales radiaciones en energía eléctrica, o bien para el control de la energía eléctrica por dicha radiación; Procesos o aparatos especialmente adaptados a la fabricación o el tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Sus detalles (H01L 51/42 tiene prioridad; dispositivos consistentes en una pluralidad de componentes de estado sólido formados en o sobre un sustrato común, diferentes a las combinaciones de componentes sensibles a la radiación con una o varias fuentes de luz eléctrica H01L 27/00). › Medios de refrigeración directamente asociados o integrados con la célula fotovoltaica, p. ej. elementos Peltier integrados para la refrigeración activa o disipadores de calor directamente asociados con las células fotovoltaicas (medios de refrigeración en combinación con el módulo fotovoltaico H02S 40/42).
Fragmento de la descripción:
Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica y método de funcionamiento de la misma.
Sector técnico de la invención
La invención se encuadra dentro del sector de generación de electricidad a partir de la radiación solar, más concretamente, se engloba dentro del sector de las plantas híbridas, pues combina la tecnología termosolar con la tecnología fotovoltaica.
Antecedentes de la invención
Estudiando la legislación española referente a las energías renovables, el Real Decreto 661/2007, de 25 de mayo, por el que se regula la actividad de producción de energía eléctrica en régimen especial, establece que existen dos tipos de instalaciones para producción de electricidad a partir de la energía solar:
Subgrupo b.1.1. Instalaciones que únicamente utilicen la radiación solar como energía primaria mediante la tecnología fotovoltaica.
Subgrupo b.1.2. Instalaciones que utilicen únicamente procesos térmicos para la transformación de la energía solar, como energía primaria, en electricidad. En estas instalaciones se podrán utilizar equipos que utilicen un combustible para el mantenimiento de la temperatura del fluido trasmisor de calor para compensar la falta de irradiación solar que pueda afectar a la entrega prevista de energía (...).
Si atendemos a las exigencias de Red Eléctrica Española (REE), empresa independiente y dedicada exclusivamente al transporte y la operación del sistema eléctrico español, para llevar a cabo una integración segura de las renovables en el sistema eléctrico, se requiere que estas cumplan con una serie de requisitos como son: continuidad en el suministro, calidad del suministro (minimizando las oscilaciones en el suministro) y gestionabilidad.
En el Anexo 11 RD 661/2007 se lee "... A los efectos de este real decreto, se define como generación no gestionable aquella cuya fuente primaria no es controlable ni almacenable y cuyas plantas de producción asociadas carecen de posibilidad de realizar un control de la producción siguiendo instrucciones del operador del sistema sin incurrir en un vertido de energía primaria, o bien la firmeza de producción futura no es suficiente para que pueda considerarse como programa".
"En principio, se consideran como no gestionables los generadores de régimen especial que de acuerdo a la clasificación establecida en este real decreto se encuentren incluidos en los grupos b.1, b.2 y b.3, así como los generadores hidráulicos fluyentes integrados en los grupos b.4 y b.5, salvo valoración específica de gestionable de una planta generadora a realizar por el operador del sistema, con la consecuente aplicación de los requisitos o condicionantes asociados a dicha condición".
Es decir, según el RD en principio, se consideran como no gestionables tanto la energía fotovoltaica (b.1.1) como la termosolar (b.1.2). Sin embargo, REE tiene publicados unos Procedimientos de acceso y conexión en su página web: http://www.ree.es/transporte/procedimientos_acceso_conexion.asp. En concreto el formulario de datos "Nuevos generadores de régimen especial con proceso de combustión o solar térmica" en el apartado "Valoración de gestionabilidad de centrales termosolares" define los criterios que deben cumplir las centrales termosolares para ser consideradas como gestionables y que son de forma general:
1. Estar adscritas a un Centro de Control de Generación habilitado por RED ELÉCTRICA, cumpliendo con los requisitos de observabilidad y controlabilidad por el Operador del Sistema establecidos por la normativa para las instalaciones de más de 10 MW.
2. Fiabilidad de programación en horizontes de:
Disponibilidad de mecanismos de corrección de desvíos sobre programa:
3. Almacenar la energía primaria correspondiente al funcionamiento de la planta durante 4 horas a plena potencia. La instalación deberá ser capaz de proporcionar la producción almacenada durante cualesquiera de las 24 horas siguientes al momento en el que finaliza la reducción, con una eficiencia mínima del 60% del ciclo almacenamiento/recuperación.
Alternativamente, que la planta sea capaz de incrementar su programa en al menos un 30% de la potencia máxima, bajo ciertas condiciones.
4. Cumplir una serie de requisitos en relación con el comportamiento ante perturbaciones de tensión.
5. En lo que se refiere a otro tipo de perturbaciones, y particularmente ante variaciones de la frecuencia del sistema, los generadores y sus equipos de protección cumplirán con los requisitos establecidos en los procedimientos de operación de aplicación.
Si se cumplen los requisitos impuestos por REE, se considerarían gestionables las centrales termosolares. Además, el hecho de ser una fuente de energía no gestionable acarrea una serie de desventajas como son, entre otras:
Sin embargo, existen ventajas a la hora de producir energía eléctrica que provenga de fuentes renovables, como es la prioridad en la evacuación pues según el Anexo XI, RD 661/2007: "(...) los generadores de régimen especial tendrán prioridad para la evacuación de la energía producida frente a los generadores de régimen ordinario, con particular preferencia para la generación de régimen especial no gestionable a partir de fuentes renovables".
" Asimismo, con el objetivo de contribuir a una integración segura y máxima de la generación de régimen especial no gestionable el operador del sistema considerará preferentes aquellos generadores cuya adecuación tecnológica contribuya en mayor medida a garantizar las condiciones de seguridad y calidad de suministro para el sistema eléctrico".
Los problemas de calidad, continuidad y gestionabilidad del suministro que se señalan para el caso de España ocurren independientemente del territorio en el que se instalen las plantas. En otros países como en Estados Unidos son las propias compañías eléctricas las que deben asegurar que parte de la energía eléctrica vendida proviene de fuentes renovables, siendo por tanto de su interés que esta sea lo más gestionable posible.
La consecuencia inmediata a los problemas de gestionabilidad de la fotovoltaica es que las administraciones limitan el tamaño de las plantas fotovoltaicas de generación de energía eléctrica a tamaños inferiores que el de las plantas termosolares (50 MW máximo por potencia por planta fotovoltaica en el caso de España, 5 MW en India, interés en propuestas de proyectos fotovoltaicos entre 15 y 50 MW en Arizona, hasta 15 MW en el estado de Nevada, 30 MW en Israel etc.).
Reuniendo las características de cada una de los dos tipos de generación partiendo de la radiación solar, se tiene que:
I) Generación fotovoltaica:
Reivindicaciones:
1. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica siendo la parte de la planta termosolar del tipo que transforma la radiación solar en energía térmica, mediante la absorción de calor por parte del fluido caloportador que circula por un receptor y ese fluido, sobresaturado y/o sobrecalentado y en forma de vapor, se envía a una turbina para la producción de electricidad y se híbrida con una caldera de gas natural para cumplir con los requisitos de gestionabilidad y se completa con un sistema de almacenamiento térmico en forma de vapor o en sales fundidas en una serie de tanques, para cumplir con el requisito establecido de contar con una capacidad de almacenamiento de energía primaria de al menos 4 horas de utilización; y siendo la parte de planta fotovoltaica aquella donde la radiación solar es captada en sistemas fotovoltaicos que generan energía eléctrica en forma de corriente continua la cual es trasformada en corriente alterna mediante un inversor, caracterizada porque la planta híbrida comprende tres niveles de generación:
siendo la potencia total generada por la planta híbrida y vertida a la red (47), el resultado de la suma de generación de los tres niveles.
2. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 1, caracterizada porque la tecnología termosolar es del tipo termoeléctrica de concentración de torre.
3. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 2 caracterizada porque los paneles fotovoltaicos correspondientes a la generación de nivel 1 se integran en los concentradores solares termoeléctricos ubicándose en:
4. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 3 caracterizada porque los espejos (60) ocupan la zona central de la apertura neta del helióstato (48) y los módulos FV (61) la periferia.
5. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 3 caracterizada porque los módulos fotovoltaicos (61) ocupan la zona central de la apertura neta del helióstato (48) y los espejos (60) la periferia.
6. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 3 caracterizada porque los módulos FV (61) se colocan de forma alterna entre los espejos (60), ocupando entre ambos el total de la apertura neta del helióstato (48).
7. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 3 caracterizada porque los módulos FV (61) se colocan de forma aleatoria entre los espejos (60), ocupando entre ambos el total de la apertura neta del helióstato (48).
8. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 2 caracterizada porque en el caso de una planta de torre con orientación norte (helióstatos colocados al norte de la torre y cavidad orientada hacia el norte) los paneles fotovoltaicos correspondientes a la generación de nivel 2 se ubican en la cara sur de la propia torre (paneles enfrentados al sol) y se instalarían con la orientación contraria en el caso de plantas solares de torre de orientación sur (latitudes sur).
9. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 8 caracterizada porque se instalan paneles fotovoltaicos en las caras este y oeste de la torre.
10. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 2 caracterizada porque los paneles fotovoltaicos correspondientes a la generación de nivel 2 se ubican en la zona que rodea a los receptores solares de la torre.
11. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 10 caracterizada porque se instalan paneles con células de alta eficiencia que pueden trabajar con radiación concentrada.
12. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 11 caracterizada porque los paneles van acompañados de un sistema de refrigeración por agua.
13. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 12 caracterizada porque el agua calentada por este sistema de refrigeración se introduce en un intercambiador de calor donde se precalienta el agua que va directamente al receptor de la torre termosolar.
14. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 1 caracterizada porque los sistemas fotovoltaicos con o sin seguimiento y con o sin concentración correspondientes a la generación de nivel 3 se ubican anexos a la planta termosolar.
15. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 2 y 14 caracterizada porque dichos sistemas fotovoltaicos se ubican en las esquinas de la finca donde va instalada la planta.
16. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 2 y 14 caracterizada porque se deja parte del terreno a las espaldas de la torre para dichos sistemas fotovoltaicos.
17. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 2 y 14 caracterizada porque se deja parte del terreno en la parte frontal de la torre para dichos sistemas fotovoltaicos.
18. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 2 y 14 caracterizada porque se instalan los sistemas fotovoltaicos entre los helióstatos, evitando las zonas sombreadas.
19. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 2 y 14 caracterizada porque se instalan los sistemas fotovoltaicos en una parcela cercana a la parcela de la planta termosolar.
20. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 1 caracterizada porque los elementos que comprenden los diferentes niveles son:
Nivel 1 (1): Comprende dos líneas de conexión de baja tensión (11, 12)
Nivel 2 (2): Comprende cuatro líneas de conexión (21, 22, 23, 24), cada una de las cuatro líneas (21, 22, 23, 24) cuenta con un transformador de baja a media tensión (53) y un interruptor de media tensión (52) para su conexión y desconexión con el nivel 3 (3):
Nivel 3 (3): Comprende con dos líneas de conexión de media tensión (31, 32) y con la conexión a red de toda la planta:
21. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 20 caracterizada porque se instala un contador para toda la planta (58) antes de la conexión a red (47).
22. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 1, caracterizada porque la tecnología termosolar es del tipo colectores cilindro-parabólicos.
23. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 1, caracterizada porque la tecnología termosolar es del tipo colector parabólico.
24. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 1, caracterizada porque la tecnología termosolar es de tipo Fresnel.
25. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 1, caracterizada porque la tecnología termosolar es del tipo de planta termosolar compacta en la que los colectores solares concentran la luz dirigiéndola hacia fibras ópticas u otras guías de luz que la conducen hacia un receptor situado en el suelo.
26. Planta híbrida gestionable de tecnología termosolar y fotovoltaica según reivindicación 1 caracterizada porque los paneles fotovoltaicos son del tipo Thin Film o Si monocristalino o policristalino o células de alta eficiencia constituidas por elementos periódicos del III-V o combinaciones de estos.
27. Método de funcionamiento de la planta descrita en las reivindicaciones anteriores que comprende las siguientes etapas:
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