Procedimiento para controlar un generador de vapor solar y sistema de control correspondiente.

Procedimiento para controlar un generador de vapor solar directo, que comprende un receptor solar provisto de unos tubos

(14, 16) alimentados con fluido de trabajo y sometidos a energía solar concentrada para evaporar el fluido de trabajo en vapor y unos actuadores de flujo (18, 20), comprendiendo dichos actuadores de flujo unos actuadores de flujo de salida (20) para controlar el flujo de salida que sale del receptor (6), afectando la posición de cada uno de los actuadores de flujo (18, 20) los parámetros de flujo en los tubos (14, 16), comprendiendo el procedimiento controlar las posiciones de los actuadores de flujo (18, 20) en función de por lo menos una salida de control (Rbank, Pset, Rout) de un controlador predictivo de modelo (28) configurado para predecir el comportamiento del generador de vapor solar directo (2) en función de unas entradas que comprenden unos parámetros independientes y/o dependientes del sistema de generación de vapor solar directo (2), comprendiendo dicho procedimiento controlar los actuadores de flujo de salida (20) para igualar una estimación de presión de salida (Pout) representativa de un valor actual de la presión de vapor en la salida del receptor con un valor consigna de presión de salida (Pset) representativo de un valor deseado para una presión de vapor en la salida del receptor (6), siendo el valor consigna de presión de salida (Pset) fijado mediante el controlador predictivo de modelo (28).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11306526.

Solicitante: AREVA SOLAR, INC.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 303 RAVENDALE DRIVE MOUNTAIN VIEW CA 94043 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: TANNER, PETER, RASMUSSEN,KENT.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > CALEFACCION; HORNILLAS; VENTILACION > PRODUCCION O UTILIZACION DEL CALOR NO PREVISTOS EN... > Utilización del calor solar, p. ej. colectores de... > F24J2/07 (Colectores que trabajan a alta temperatura, p. ej. para centrales solares)
  • 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;... > PRODUCCION DE VAPOR > METODOS DE PRODUCCION DE VAPOR; CALDERAS DE VAPOR... > Sistemas de control para calderas de vapor (control... > F22B35/02 (para calderas de vapor con circulación por convección)

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Fragmento de la descripción:

Procedimiento para controlar un generador de vapor solar y sistema de control correspondiente.

La presente invención se refiere a un procedimiento para controlar un generador de vapor solar directo que comprende un receptor solar provisto de tubos alimentados con fluido de trabajo y sometidos a energía solar concentrada para evaporar el fluido de trabajo en vapor y actuadores de flujo, afectando la posición de cada actuador de flujo los parámetros de flujo en los tubos.

El documento WO-A-2010132849 divulga un procedimiento para controlar un generador de vapor solar directo, en el que las posiciones de los actuadores de flujo se controlan en función de una salida de control de un controlador predictivo de modelo.

Un objetivo de la invención es proponer un procedimiento para controlar un generador de vapor solar directo que mejore el control de las condiciones del vapor de salida del generador de vapor solar directo.

Para ello, la invención propone un procedimiento para controlar un generador de vapor solar directo según la reivindicación 1.

La invención también se refiere a un sistema de control para controlar un generador de vapor solar directo según la reivindicación 16.

La invención y sus ventajas se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la lectura de la descripción siguiente que se proporciona únicamente a título de ejemplo y haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

- la Figura 1 es una vista superior esquemática de un generador de vapor solar directo del tipo Fresnel, que prevé un sistema de control que utiliza un controlador predictivo de modelo;

- la Figura 2 es un diagrama de bloques que ¡lustra un controlador de entrada del sistema de control del generador de vapor solar de la Figura 1;

- la Figura 3 es un diagrama de bloques que ilustra un controlador de salida del sistema de control del generador de vapor solar de la Figura 1 que utiliza en controlador predictivo de modelo;

- la Figura 4 es un diagrama de bloques que ¡lustra un controlador de entrada según otra forma de realización; y

- la Figura 5 es un diagrama de bloques que ¡lustra un controlador de salida según otra forma de realización.

El generador de vapor solar directo 2 ilustrado en la Figura 1 comprende un concentrador solar 4 y un receptor 6. El

concentrador 4 está configurado para reflejar y concentrar las radiaciones solares hacia el receptor 6. Dicho receptor 6 está configurado para la circulación de un fluido de trabajo, por ejemplo agua, y la evaporación de dicho fluido de trabajo en vapor utilizando el calor de las radiaciones solares concentradas.

El generador de vapor solar 2 es del tipo lineal. El concentrador 4 y el receptor 6 son alargados en una dirección longitudinal L.

Preferentemente, el concentrador 4 es del tipo Fresnel. Dicho concentrador 4 comprende una pluralidad de reflectores separados 8 alargados en la dirección longitudinal L y distribuidos en una dirección transversal. Cada reflector 8 puede plvotar en un eje longitudinal horizontal para reflejar las radiaciones solares hacia el receptor 6, dependiendo de la posición del sol.

Preferentemente, el receptor 6 está situado a una altura por encima del suelo y los reflectores 8 están situados al nivel del suelo y dispuestos para reflejar las radiaciones solares hacia arriba hada dicho receptor 6.

El generador de vapor solar 2 comprende una línea de alimentación 10 para alimentar el fluido de trabajo en un estado esencialmente líquido al receptor 6 y una línea de vapor 12 para recoger el vapor de dicho receptor 6.

El generador de vapor solar 2 es del tipo directo. El receptor 6 comprende una pluralidad de tubos paralelos para la circulación del fluido de trabajo y la evaporación de dicho fluido de trabajo en vapor debido a las radiaciones solares concentradas en los tubos. Cada uno de los tubos se extiende en la dirección longitudinal entre los dos extremos longitudinales opuestos del receptor 6.

El receptor 6 comprende tubos de vapor 14 alimentados en paralelo con el fluido de trabajo desde la línea de alimentación 10 y tubos de sobrecalentado 16 alimentados con vapor desde los tubos de vapor 14 y que alimentan la línea de vapor 12 con vapor sobrecalentado.

El generador de vapor solar 2 comprende actuadores de flujo para controlar el parámetro de flujo del fluido de trabajo en el receptor 6.

Los actuadores de flujo comprenden actuadores de flujo de entrada para controlar los parámetros del flujo de entrada que entra en el receptor 6. Preferentemente, los actuadores de flujo de entrada comprenden una válvula de entrada respectiva 18 provista en el extremo de entrada de cada tubo de vapor 14 para controlar los parámetros del flujo de entrada que entra en cada tubo de vapor 14 Individualmente.

Los actuadores de flujo comprenden actuadores de flujo de salida para controlar los parámetros del flujo de salida de vapor que sale del receptor 6. Preferentemente, los actuadores de flujo de salida comprenden una única válvula de salida 20 para controlar los parámetros del flujo de salida que sale en los tubos de sobrecalentado 16.

El generador de vapor solar 2 comprende un sistema de control 22 para controlar los actuadores de flujo. Dicho sistema de control 22 comprende un controlador de entrada 24 para controlar las válvulas de entrada 18 y un controlador de salida 26 para controlar la válvula de salida 20.

De acuerdo con un aspecto de la invención, el sistema de control 22 comprende un controlador predictivo de modelo 28 para determinar las salidas de control para el controlador de entrada 24 y el controlador de salida 26. Dicho controlador predictivo de modelo 28 ejecuta un modelo Informático del generador de vapor solar o a partir de tablas de consulta que le permita predecir el comportamiento del generador de vapor solar y un estado futuro basado en las entradas que representan el estado del generador de vapor solar en tiempo real.

El controlador de entrada 24 y el controlador de salida 26 controlan cada uno de los mismos respectivamente las válvulas de entrada 18 y la válvula de salida 20 dependiendo de las salidas de control determinadas por el controlador predictivo de modelo 28.

Las entradas del controlador de predictivo de modelo 28 son parámetros dependientes y/o parámetros independientes del generador de vapor solar 2.

Un parámetro independiente es un parámetro independiente del funcionamiento del generador de vapor solar 2. La insolación y la posición del sol son ejemplos de parámetros independientes.

Un parámetro dependiente es un parámetro que varía dependiendo del funcionamiento del generador de vapor solar 2. El flujo de entrada, el flujo de salida, la temperatura del vapor, la temperatura del vapor sobrecalentado y la presión del vapor son ejemplos de parámetros dependientes.

El generador de vapor solar 2 comprende detectores 32 para detectar parámetros dependientes y/o parámetros independientes del generador de vapor solar 2. El sistema de control 22 recibe las señales de los detectores. El sistema de control 22 utiliza estas señales para controlar el generador de vapor solar 2. El controlador de entrada 24, el controlador de salida 26 y el controlador predictivo de modelo 28 utilizan cada uno de los mismos la/s señal/es de uno o varios de los detectores 32.

Los detectores 32 pueden ser de distintos tipos. Los detectores 32 provistos en los tubos 14, 16 se ilustran en la Figura 1 para detectar, por ejemplo, la temperatura o la presión. Se pueden proporcionar detectores adicionales, específicamente para detectar la insolación.

Los tubos 14, 15 del receptor 6 se distribuyen en por lo menos un haz 34 de tubos. El sistema de control 22 se configura... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Procedimiento para controlar un generador de vapor solar directo, que comprende un receptor solar provisto de unos tubos (14, 16) alimentados con fluido de trabajo y sometidos a energía solar concentrada para evaporar el fluido de trabajo en vapor y unos actuadores de flujo (18, 20), comprendiendo dichos actuadores de flujo unos actuadores de flujo de salida (20) para controlar el flujo de salida que sale del receptor (6), afectando la posición de cada uno de los actuadores de flujo (18, 20) los parámetros de flujo en los tubos (14, 16), comprendiendo el procedimiento controlar las posiciones de los actuadores de flujo (18, 20) en función de por lo menos una salida de control (Rbank, Pset, Rout) de un controlador predictivo de modelo (28) configurado para predecir el comportamiento del generador de vapor solar directo (2) en función de unas entradas que comprenden unos parámetros independientes y/o dependientes del sistema de generación de vapor solar directo (2), comprendiendo dicho procedimiento controlar los actuadores de flujo de salida (20) para igualar una estimación de presión de salida (Pout) representativa de un valor actual de la presión de vapor en la salida del receptor con un valor consigna de presión de salida (Pset) representativo de un valor deseado para una presión de vapor en la salida del receptor (6), siendo el valor consigna de presión de salida (Pset) fijado mediante el controlador predictivo de modelo (28).

2. Procedimiento según la reivindicación 1, que comprende determinar un valor consigna de parámetro de flujo (Wtube, Wset) representativo de un valor deseado para el parámetro de flujo en función de por lo menos una salida (Rbank, Rout) del controlador predictivo de modelo (28) y que controla la posición de por lo menos un actuador de flujo (18, 20) con un bucle de retroalimentación de control (36, 48) para igualar una estimación de parámetro de flujo (Wmeas, Wout) representativa del parámetro de flujo real en el generador de vapor solar (2) con el valor consigna de parámetro de flujo.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, que comprende determinar un objetivo de parámetro de flujo (Wbank) como un producto de un objetivo de parámetro de flujo (WssgxFbank) con el coeficiente de control (Rbank) y determinar el valor consigna de parámetro de control del flujo principal (Wtube) en función del objetivo de parámetro de flujo

(Wbank)-

4. Procedimiento según las reivindicaciones 2 o 3, que comprende determinar un objetivo de flujo de haz (Wbank, Wadjusted) representativo de un flujo objetivo a través de un haz de tubos que comprende una pluralidad de tubos (14) alimentados en paralelo y que asignan una fracción del objetivo de flujo de haz (Wbank, Wadjusted) a cada tubo (14).

5. Procedimiento según la reivindicación 4, que comprende asignar una fracción fija (FtUbe) a cada tubo (14).

6. Procedimiento según la reivindicación 4, que comprende determinar una fracción de tubo variable (FtUbe) para cada tubo en función de una diferencia de una estimación de temperatura de tubo representativa de la temperatura de fluido de trabajo en el tubo y una temperatura promedio determinada como el promedio de las estimaciones de temperatura de tubo en una pluralidad de tubos.

7. Procedimiento según la reivindicación 6, en el que la temperatura promedio se determina como el promedio de las estimaciones de temperatura de tubo en los tubos del haz o en los tubos de varios haces del receptor solar (6).

8. Procedimiento según las reivindicaciones 6 o 7, que comprende el ajuste del objetivo de flujo de haz en función de la diferencia entre el objetivo de flujo de haz y la suma de los objetivos de flujo de tubo de los tubos de los haces.

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8, que comprende controlar un actuador de flujo en función de un coeficiente de salida (R0ut) proporcionado por un regulador en función de una diferencia entre una temperatura de vapor objetivo (Tsuperheat) representativa de una temperatura deseada en la salida del receptor (6) determinada por el controlador predictivo de modelo (28) y una estimación de temperatura de vapor (Tout) representativa de la temperatura de vapor real en la salida del receptor (6).

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 9, que comprende determinar un objetivo de flujo de salida (Wout) en función del producto de un objetivo de flujo nominal (Wssg) con una salida del regulador.

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 10, que comprende determinar un objetivo de flujo total representativo de un valor deseado del flujo de fluido de trabajo a través del receptor (6) en función de un objetivo de flujo de entrada total determinado como una razón de una entrada térmica representativa de una entrada térmica al fluido de trabajo en el generador de vapor solar con respecto a un aumento de entalpia esperado representativo de un aumento de entalpia del fluido de trabajo en el generador de vapor solar.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, que comprende determinarla entrada térmica como la diferencia entre una entrada de energía solar representativa de la energía solar recibida por el fluido de trabajo en el generador de vapor solar y una pérdida térmica representativa de la pérdida térmica del fluido de trabajo en el generador de vapor solar.

13. Procedimiento según la reivindicación 11, que comprende determinar la entrada térmica como la adición de una medida de flujo de vapor de salida y el producto de una velocidad de cambio de presión de vapor de salida con un coeficiente que relaciona la velocidad de cambio de presión de vapor de salida con el flujo.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 13, en el que el controlador predlctlvo de modelo

actualiza las salidas de resultados en un tiempo normalizado de flujo.

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los actuadores de flujo de salida comprenden unas válvulas de salida (20), estando cada una de dichas válvulas de salida (20) controlada para

igualar la estimación de presión de salida (Pout) con el valor consigna de presión de salida (Pset) fijado por el controlador predlctlvo de modelo (28).

16. Sistema de control para controlar un generador de vapor solar directo de acuerdo con un procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo dicho sistema de control un controlador predictivo de

modelo (28) configurado para predecir el comportamiento del generador de vapor solar directo (2) en función de unas entradas que comprenden unos parámetros independientes y/o dependientes del sistema de generación de vapor solar directo (2), comprendiendo el sistema de control por lo menos un controlador para controlar las posiciones de los actuadores de flujo (18, 20) en función de por lo menos una salida de control (Rbank, Pset, Rout) de dicho controlador predictivo de modelo (28), y para controlar los actuadores de flujo de salida (20) para igualar una

estimación de presión de salida (Pout) representativa de un valor actual de la presión de vapor en la salida del receptor con un valor consigna de presión de salida (Pset) representativo de un valor deseado para la presión de vapor en la salida del receptor (6), siendo dicho valor consigna de presión de salida (Pset) fijado por el controlador predictivo de modelo (28).