Torre para instalación del receptor central de una planta solar termoeléctrica que comporta una estructura ligera y hueca de doble núcleo y sección constante,

construida en hormigón armado, la cual adopta una planta trapecial con vértices curvos y se establece frontalmente según la bisectriz del ángulo definido por el campo de helióstatos de la instalación. En la zona central, entre sus núcleos laterales, el fuste de la torre presenta una apertura pasante y sensiblemente alargada cuyas magnitudes de situación y longitud serán determinadas por las condiciones relativas de cada instalación. La estructura de la torre cuenta en su interior con número variable de plantas técnicas, ejecutadas como forjados y/o plataformas metálicas ubicadas en distintas alturas para instalación de equipos y posibilitar las labores de mantenimiento y explotación de la instalación.

Torre para instalación del receptor central de una planta solar termoeléctrica.

Campo de la invención

La invención se refiere a una original y particular torre, de doble núcleo y de sección constante, proyectada para la instalación del receptor central de una planta solar termoeléctrica, estando dotada en su interior de varios forjados o plataformas, a modo de plantas técnicas, para la instalación del equipamiento y facilitar el desarrollo de las funciones de mantenimiento y explotación de la misma.

Antecedentes de la invención

La finalidad de las plantas solares termoeléctricas, es la producción de electricidad a partir de la radiación solar directa, la cual es convertida previamente en energía térmica. El creciente interés por este tipo de tecnologías reside en la indudable limitación de los recursos fósiles existentes, y en las grandes ventajas medioambientales que conllevan: una planta solar termoeléctrica evita 2000 t/año de emisiones de CO₂, por cada MW de potencia instalada.

En la actualidad existen tres tecnologías diferentes para las plantas solares termoeléctricas. Estas tecnologías se denominan: colectores cilindro parabólicos, de discos Stirling, y de receptor central. Todas ellas hacen uso solamente de la componente directa de la radiación solar, lo que les obliga a tener dispositivos de seguimiento solar. De forma resumida las características fundamentales de estas tres tecnologías son las siguientes:

La presente invención se centra en el tercero de los sistemas enunciados, es decir en los denominados sistemas de recepción central y muy específicamente en los mástiles o postes sobre las que se ubican los receptores, los cuales son sustituidos por una nueva e ingeniosa torre de hormigón que cumple ventajosamente la funcionalidad de los mismos.

En un sistema de receptor central, cientos de espejos móviles y con seguimiento en dos ejes (helióstatos) reflejan la radiación solar directa que incide sobre ellos sobre una zona focal común, situada normalmente a suficiente altura por encima del campo que componen los citados helióstatos para evitar excesivas interferencias (sombras y/o bloqueos) con los más próximos. Los helióstatos y el receptor central sobre un soporte elevado son el signo de distinción de este tipo de plantas frente a otras plantas solares termoeléctricas, ya que en los sistemas de receptor central el sistema concentrador está distribuido sobre el campo que rodea al mástil que soporta el receptor en un punto fijo de enfoque. Dependiendo de varios factores de diseño, la disposición del campo de helióstatos puede ser circular, rodeando completamente a al mástil, o estar localizado a uno de los lados de la misma (en el hemisferio Norte el campo se localiza al Norte del mástil, mientras que en el hemisferio Sur se sitúa al Sur de éste).

El otro componente distintivo de esta tecnología, el receptor solar, es el dispositivo que permite la transferencia de la radiación solar concentrada a un fluido de trabajo. El receptor funciona como un intercambiador radiactivo/convectivo y está ubicado encima de un mástil o estructura elevada que lo soporta. La temperatura del fluido calentado por el receptor puede sobrepasar los 1.000ºC, pudiendo ser utilizado en instalaciones industriales como calor de proceso, convertido en electricidad o utilizado en reacciones químicas.

Como tercer elemento específico de un sistema de receptor central, podemos considerar el almacenamiento térmico necesario para paliar posibles transitorios debidos a las condiciones atmosféricas o acelerar los procesos de arranque. El dimensionado óptimo de la capacidad de almacenamiento para atender las curvas de demanda de una determinada aplicación es una parte esencial en los procesos de diseño de estas plantas.

A estos tres elementos habría que añadir, en el caso de producción de electricidad, la parte convencional de una planta de producción eléctrica. Esta parte convencional puede entrar en dos momentos diferentes del ciclo, según la planta. La parte solar puede enviar directamente la energía ya transformada a una turbina, vía vapor u otro gas caliente, o puede existir un equipo intermedio que nos transforme las características de salida de la parte solar a las requeridas por el sistema de conversión de potencia.

Por los altos flujos de radiación incidente sobre el receptor (típicamente entre 300 y 1.000 kW.m²), los sistemas de receptor central permiten trabajar a altas temperaturas e integrarse en ciclos más eficientes de forma escalonada, admiten fácilmente el funcionamiento híbrido en una gran variedad de opciones y tienen el potencial de generar electricidad con altos factores de capacidad mediante el uso de almacenamiento térmico, pudiéndose plantear ya en la actualidad sistemas superando las 4.500 horas equivalentes al año.

Dentro de los sistemas de receptor central, el soporte elevado o mástil sobre la que se ubica el receptor es un elemento básico del sistema desde el punto de vista conceptual, si bien desde el punto de vista técnico su configuración ha venido más bien condicionada a la forma del receptor. Así en relación con una planta solar termoeléctrica del tipo mencionado, la patente española ES-2.232.232 describe un particular receptor central con una pluralidad de receptores interconectados acoplados a una estructura de soporte de dicho receptor central en el que los reflectores están interconectados para formar una estructura de cúpula geodésica con solape variable entre los reflectores. La forma y constitución de la estructura de elevación viene determinada indirectamente por la forma circular en planta del perímetro del receptor así configurado. En el documento EP-A-0 909 929 se describe un sistema por el cual precisamente se trata de suprimir el mástil o poste elevador central con receptor por un sistema de espejo oval invertido sustentado por una estructura soporte (en el ejemplo de realización consistente en tres mástiles metálicos). También puede citarse el documento WO-95/12757 en el que se describe un sistema híbrido para la generación de energía eléctrica que incluye una planta solar termoeléctrica para precalentar el aire de combustión de un compresor de un quemador de gas. En este documento no obstante no se hace ninguna mención expresa al mástil de elevación soporte del receptor solar. La patente norteamericana US-4.608.964 describe una planta configurada por un espejo solar cóncavo que se desliza verticalmente a lo largo del poste cilíndrico sobre el que se ubica en su parte superior el receptor solar, todo ello mediante un sistema de cables actuados por medio de unos postes de tensión distribuidos de forma concéntrica al poste central. Esta configuración implica necesariamente un poste central cilíndrico de escaso diámetro a modo de guía para el deslizamiento del espejo cóncavo.

Sumario de la invención

La presente invención tiene por objeto mejorar las instalaciones las plantas solares termoeléctricas del tipo de sistema...

1. Torre para instalación del receptor central de una planta solar termoeléctrica caracterizada por hallarse constituida por una esbelta estructura ligera y hueca de doble núcleo de sección constante, ejecutada en hormigón armado que, suficientemente cimentada, se construye y eleva sobre el propio terreno en que se hayan de situar los helióstatos y cuya estructura adopta una planta de forma general trapecial en la que sus vértices se encuentran sustituidos por suaves curvaturas mejoradoras de su comportamiento aerodinámico, habiéndose establecido la base mayor de dicha forma trapecial orientada frontalmente según la bisectriz del ángulo definido por el campo de helióstatos, y que se eleva hasta una altura conveniente para en su tramo final superior albergar una amplia cámara en la que habrán de ubicarse en disposición semicircular los paneles absorbedores.

2. Torre para instalación del receptor central de una planta solar termoeléctrica según la reivindicación anterior caracterizada porque el fuste de la torre (1) presenta una apertura central totalmente pasante y sensiblemente alargada, determinada lateralmente entre los dos núcleos de sección constante, cerrándose o uniéndose en su parte superior para crear un espacio diáfano de altura suficiente para la ubicación de los receptores (2), y en su parte inferior en un punto determinado tanto por cuestiones de resistencia como por cuestiones estéticas de simetría vertical frente a la zona de receptores (2), estando previsto que las dos transiciones entre la estructura compacta y la de los núcleos independientes se resuelvan preferentemente en forma de cuña (14), si bien son igualmente válidos cualquier otro tipo de transiciones que desde el punto de vista de su ejecución en obra resulten viables.

3. Torre para instalación del receptor central de una planta solar termoeléctrica según las reivindicaciones anteriores caracterizada porque cada uno de los dos núcleos de sección constante que determinan su estructura cumplen funciones distintas: uno de ellos, concebido como acceso, cuenta con una escalera inclinada (4) y un montacargas o ascensor (5), mientras que el otro, está concebido como zona de ubicación de equipos auxiliares, aunque incorpora una escalera de gato (6), de forma que en caso de emergencia o incendio existen dos vías independientes de evacuación.

4. Torre para instalación del receptor central de una planta solar termoeléctrica según las reivindicaciones anteriores caracterizada porque incorpora un número variable de plantas técnicas, ejecutadas como forjados mixtos, preferentemente en número de cuatro para albergar el equipamiento necesario de los subsistemas del receptor solar: paneles absorbedores (7), calderín de evaporación (8), bombas de recirculación (9) y otros equipos auxiliares (10); estando previsto también un número variable de plataformas metálicas (12), incluyendo específicamente una para la observación del campo de helióstatos.

5. Torre para instalación del receptor central de una planta solar termoeléctrica según las reivindicaciones anteriores caracterizada porque en la parte superior de la misma se ubican el receptor central (2) de geometría en cavidad, formado por un número variable de paneles absorbedores (7) dispuestos en forma de semicircunferencia, generando así un arco de captación de 180º, garantizándose el correcto aislamiento de la superficie geométrica inclinada que pasa por el ACA, bien mediante una chapa lateral de cierre (21) o bien dotando a la torre (1) de la anchura suficiente para que el ACA quede dentro del fuste de la misma.

6. Torre para instalación del receptor central de una planta solar termoeléctrica según las reivindicaciones anteriores caracterizada porque las uniones de los forjados y plataformas metálicas al fuste se realizan, de forma preferente, con placas ancladas al fuste mediante anclajes de extrusión.