CALDERA SOLAR Y PROCEDIMIENTO DE CONSTRUCCIÓN CORRESPONDIENTE.

Caldera solar y procedimiento de construcción correspondiente,

incluyendo dicha caldera solar una pluralidad de paneles de caldera solar que forman un perímetro que rodea un espacio interior de la caldera. Una estructura de soporte dentro del espacio interior de la caldera soporta los paneles de caldera solar. Un recipiente de vapor/agua, tal como un tambor de vapor, se monta en la estructura de soporte dentro del espacio interior de la caldera. Un procedimiento de construcción de una caldera solar incluye elevar un recipiente de vapor/agua, tal como un tambor de vapor, a través de un área despejada en una estructura de soporte de caldera. El procedimiento también incluye montar el recipiente de vapor/agua dentro de la estructura de soporte de caldera debajo de una extensión superior de la estructura de soporte de caldera.

Caldera solar y procedimiento de construcción correspondiente

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

1. Campo de la invención La presente invención se refiere a la producción de energía solar, y más particularmente, a calderas para la producción de energía solar y a un procedimiento de construcción correspondiente.

2. Descripción de la técnica relacionada La generación de energía solar se ha considerado una fuente viable para ayudar a responder a las necesidades energéticas en un momento en el que aumenta la conciencia sobre aspectos medioambientales de la producción de energía. La producción de energía solar se basa principalmente en la capacidad para captar y transformar la energía del sol disponible en grandes cantidades, y puede producirse con muy poco impacto sobre el medio ambiente. La energía solar puede producirse sin crear residuos nucleares, como en la producción de energía nuclear, y sin producir emisiones contaminantes incluyendo los gases de efecto invernadero como en la producción de energía a partir de combustibles fósiles. La producción de energía solar es independiente de los costes de combustible fluctuantes y no consume recursos no renovables.

Los generadores de energía solar emplean generalmente campos de espejos controlados, denominados heliostatos, para recoger y concentrar la luz solar sobre un receptor para proporcionar una fuente de calor para la producción de energía. Un receptor solar adopta típicamente la forma de un panel de tubos que transportan un fluido de trabajo a través de los mismos. Los generadores solares previos han utilizado fluidos de trabajo tales como sal fundida porque presenta la capacidad de almacenar energía, permitiendo la generación de energía cuando hay poca o no hay radiación solar, tal como por la noche. Los fluidos de trabajo calentados se transportan normalmente hasta un intercambiador de calor en el que ceden el calor a un segundo fluido de trabajo tal como aire, agua, o vapor. La energía se genera conduciendo aire o vapor calentado a través de una turbina que acciona un generador eléctrico.

Más recientemente, se ha determinado que la producción solar puede aumentarse y simplificarse utilizando agua/vapor como único fluido de trabajo en un receptor que es una caldera. Esto puede eliminar la necesidad de un intercambiador de calor ineficaz entre dos fluidos de trabajo diferentes. Este desarrollo ha llevado a nuevos desafíos en la manipulación del calor solar intenso sin daño para el sistema. Enfoques para tratar muchos de estos problemas de gestión térmica se proporcionan, por ejemplo, en las solicitudes de patente US en trámite junto con la presente, de titularidad común con nos de serie 12/620.109, presentada el 17 de noviembre de 2009; 12/701.999, presentada el 8 de febrero de 2010; 12/703.861, presentada el 11 de febrero de 2010; y 12/850.862, presentada el 5 de agosto de 2010, cada una de las cuales se incorpora por referencia a la presente memoria en su totalidad.

Desafíos adicionales para las calderas solares que utilizan agua/vapor como fluido de trabajo incluyen la construcción de la caldera, que normalmente tiene lugar en la parte superior de una torre receptora solar. Particularmente preocupante es la elevación y montaje del tambor de vapor en su sitio. El tambor está esencialmente en el núcleo de una caldera puesto que se utiliza para separar el vapor saturado y el agua líquida, y tradicionalmente conecta el generador de vapor y el supercalentador. El tambor es el componente individual de mayor tamaño en las calderas típicas.

La creencia generalizada sugiere que los tambores de vapor se coloquen por encima de las calderas, puesto que es necesario que los tambores estén a una elevación mayor que las paredes de generación de vapor respectivas. Los diseños de caldera solar tradicionales han seguido esta creencia generalizada, colocando el tambor por encima de la caldera. Puesto que las calderas solares que utilizan heliostatos normalmente están situadas por encima de una torre, que puede ser varias veces más alta que la propia caldera, hasta ahora, el tamaño de las calderas solares se ha limitado al menos en parte debido a la dificultad de elevar un tambor de vapor grande hasta la parte superior de una torre de caldera alta. La capacidad de producción de energía puede aumentarse generalmente aumentando el tamaño del campo de heliostatos, aumentando la altura de la torre receptora, y aumentando el tamaño de la caldera. Por tanto, para producción de energía de alta capacidad, puede ser necesario que una torre receptora solar tenga una altura de cientos de pies. El tamaño de caldera global, y por extensión, la capacidad de producción de energía, se ha limitado tradicionalmente por el tamaño del tambor de vapor, que debe ser lo suficientemente pequeño para que las grúas tradicionales lo eleven de manera segura por encima de la torre de caldera. Además, situar un componente de gran tamaño como un tambor de vapor en la parte superior de una caldera solar da como resultado un centro de gravedad alto para toda la estructura receptora. Esto presenta problemas en cuanto a la estabilidad estructural global en condiciones de seísmo y cargas de viento.

Tales procedimientos y sistemas convencionales se han considerado generalmente satisfactorios para sus fines. Sin embargo, aún existe la necesidad en la materia de sistemas y procedimientos que permitan una construcción de caldera solar mejorada, particularmente con respecto a la instalación de tambores de vapor. Sigue existiendo también la necesidad de sistemas y procedimientos que permitan un mayor tamaño de caldera solar, y/o una mayor integridad estructural de la caldera solar. La presente invención proporciona una solución para estos problemas.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una caldera solar nueva y útil. La caldera solar incluye una pluralidad de paneles de caldera solar que forman un perímetro que rodea un espacio interior de la caldera. Una estructura de soporte dentro del espacio interior de la caldera soporta los paneles de caldera solar. Un recipiente de vapor/agua, tal como un tambor de vapor, se monta en la estructura de soporte dentro del espacio interior de la caldera.

En determinadas formas de realización, los paneles de caldera solar definen extensiones superior e inferior del espacio interior de la caldera, y el recipiente de vapor/agua se monta debajo de la extensión superior del espacio interior de la caldera. Los paneles de caldera solar pueden formar una superficie de transferencia de calor sustancialmente contigua configurada para bloquear la radiación solar incidente sobre la misma respecto al espacio interior de la caldera. Los paneles de caldera solar pueden formar cuatro paredes de caldera que rodean el espacio interior de la caldera. Puede utilizarse cualquier otro número adecuado de paredes sin apartarse del espíritu y el alcance de la invención.

Según determinadas formas de realización, la estructura de soporte incluye soportes de carga vertical dispuestos alrededor de un área despejada dimensionada para permitir el paso del recipiente de vapor/agua a través de la misma. El área despejada puede carecer de soportes de carga vertical para permitir el paso del recipiente de vapor/agua a través de la misma durante la construcción de la caldera solar. El área despejada puede extenderse hacia arriba desde un área próxima a una base de la estructura de soporte hasta un área en la que está montado el recipiente de vapor/agua.

Se contempla que en determinadas formas de realización puede incluirse una estructura de soporte secundaria en el área despejada debajo del recipiente de vapor/agua. Al menos una tubería de distribución de agua de alimentación puede extenderse a través del área despejada desde una sección de bombeo hasta el recipiente de vapor/agua. Al menos una tubería de distribución de agua de alimentación puede montarse en la estructura de soporte secundaria. El recipiente de vapor/agua puede incluir elementos internos de tambor (cheurones, separadores de vapor) , un conducto de alimentación química, un conducto de purga, tubos de bajada, y/o tuberías de distribución de agua de alimentación.

La invención también proporciona un procedimiento de construcción de una caldera solar. El procedimiento incluye elevar un recipiente de vapor/agua a través de un área despejada en una estructura de soporte de caldera. El procedimiento también incluye montar el recipiente de vapor/agua dentro de la estructura de soporte de caldera debajo de una extensión superior de la estructura de soporte de caldera.

Según determinadas formas de realización, la etapa de montar el recipiente de vapor/agua dentro de la caldera incluye suspender...

1. Caldera solar, caracterizada porque comprende:

a) una pluralidad de paneles de caldera solar que forman un perímetro que rodea un espacio interior de la caldera;

b) una estructura de soporte dentro del espacio interior de la caldera que soporta los paneles de caldera solar; y

c) un recipiente de vapor/agua montado en la estructura de soporte dentro del espacio interior de la caldera.

2. Caldera solar según la reivindicación 1, caracterizada porque los paneles de caldera solar definen unas extensiones superior e inferior del espacio interior de la caldera, estando montado el recipiente de vapor/agua debajo de la extensión superior del espacio interior de la caldera.

3. Caldera solar según la reivindicación 1, caracterizada porque los paneles de caldera solar forman una superficie de transferencia de calor sustancialmente contigua configurada para bloquear la radiación solar incidente sobre la misma respecto al espacio interior de la caldera.

4. Caldera solar según la reivindicación 3, caracterizada porque los paneles de caldera solar forman cuatro paredes de caldera que rodean el espacio interior de la caldera.

5. Caldera solar según la reivindicación 1, caracterizada porque la estructura de soporte incluye unos soportes de carga vertical dispuestos alrededor de un área despejada dimensionada para permitir el paso del recipiente de vapor/agua a través de la misma.

6. Caldera solar según la reivindicación 5, caracterizada porque el área despejada carece de soportes de carga vertical para permitir el paso del recipiente de vapor/agua a través de la misma.

7. Caldera solar según la reivindicación 6, caracterizada porque el área despejada se extiende hacia arriba desde un área próxima a una base de la estructura de soporte hasta un área en la que está montado el recipiente de vapor/agua.

8. Caldera solar según la reivindicación 6, caracterizada porque comprende además una estructura de soporte secundaria en el área despejada debajo del recipiente de vapor/agua.

9. Caldera solar según la reivindicación 8, caracterizada porque comprende además al menos una tubería de distribución de agua de alimentación que se extiende a través del área despejada desde una sección de bombeo hasta el recipiente de vapor/agua, estando montada dicha al menos una tubería de distribución de agua de alimentación en la estructura de soporte secundaria.

10. Caldera solar según la reivindicación 1, caracterizada porque el recipiente de vapor/agua incluye unos elementos internos de tambor que incluyen cheurones, separadores de vapor, un conducto de alimentación química, un conducto de purga, tubos de bajada, y unas tuberías de distribución de agua de alimentación.

11. Procedimiento de construcción de una caldera solar, caracterizado porque comprende:

a) elevar un recipiente de vapor/agua a través de un área despejada en una estructura de soporte de caldera; y

b) montar el recipiente de vapor/agua dentro de la estructura de soporte de caldera debajo de una extensión superior de la estructura de soporte de caldera.

12. Procedimiento de construcción de una caldera solar según la reivindicación 11, caracterizado porque la etapa de montar el recipiente de vapor/agua dentro de la caldera incluye suspender la caldera dentro de la estructura de soporte con bandas.

13. Procedimiento de construcción de una caldera solar según la reivindicación 11, caracterizado porque comprende además la etapa de instalar las tuberías que van a ubicarse por encima del recipiente de vapor/agua, llevándose a cabo la etapa de instalar las tuberías que van a ubicarse por encima del recipiente de vapor/agua antes de la etapa de elevar el recipiente de vapor/agua.

14. Procedimiento de construcción de una caldera solar según la reivindicación 11, caracterizado porque comprende además la etapa de instalar la estructura de soporte secundaria en el área despejada debajo del recipiente de vapor/agua.

15. Procedimiento de construcción de una caldera solar según la reivindicación 14, caracterizado porque comprende además montar las tuberías debajo del recipiente de vapor/agua en la estructura de soporte secundaria en el área despejada.

16. Procedimiento de construcción de una caldera solar según la reivindicación 11, caracterizado porque comprende además la etapa de instalar el aislamiento y de revestir el recipiente de vapor/agua en el recipiente de vapor/agua.

17. Procedimiento de construcción de una caldera solar según la reivindicación 11, caracterizado porque comprende además la etapa de montar una pluralidad de paneles de caldera solar en la estructura de soporte para formar una superficie de transferencia de calor exterior que rodea sustancialmente un espacio interior de la caldera, estando los paneles de caldera solar en comunicación fluídica con el recipiente de vapor/agua; y presentando la superficie de transferencia de calor exterior una extensión superior por encima del recipiente de vapor/agua para proteger el recipiente de vapor/agua y el espacio interior de la caldera de la radiación solar concentrada.