CAPTADOR SOLAR DE ALTO RENDIMIENTO PARA TURBINA DE GAS MODIFICADA.

Un captador para las turbinas de gas modificadas,para su uso con la energía solar irradiada por helióstatos,

preferiblemente del tipo concentradores. Uno o dos o más captadores de irradiación solar, independientes del cuerpo de la turbina que se encargan de producir el flujo necesario para conseguir un alto rendimiento en turbinas de gas modificadas o fabricadas expresamente para estos captadores; estos captadores se encargan de producir el flujo para turbinas modificadas de potencias de mayor rendimiento, con un rango semejante al de las turbinas que usan combustibles fósiles o biocombustibles. El material que se utiliza para estos captadores está compuesto de aleaciones de alta resistencia calorífica y alta conductividad térmica. La forma de estos captadores, preferiblemente de forma paraboloide para mejor foco y mayor resistencia a las presiones con las que trabaja, pueden ser de diferentes formas: parábola,paraboloides o planas. Los captadores están compuestos de dos cámaras y cerrados herméticamente con una división central que obliga al flujo a pasar por la parte frontal a la que irradian la luz solar lo helióstatos y con unas protuberancias en el interior para mejor contacto del flujo con la temperatura del plano irradiado.

Captador solar de alto rendimiento para turbina de gas modificada, para su uso con la irradiación solar producida por espejos o helióstatos preferiblemente concentradores. El captador solar que se presenta en esta patente de invención tiene la novedad de, por su configuración, conseguir suficiente flujo de aire como para alcanzar a trabajar con turbinas de gas modificadas de alto rendimiento energético de más de veinte megavatios. Hasta la invención U200600388 presentada en 2.006 y la EPO 073810020-1267 en enero de 2007, y la PCT/ES2011/070231, invenciones éstas del mismo inventor de la presente patente, no se conocía que existiera la aplicación de utilizar turbinas de gas para su utilización con la irradiación solar. Y hasta la fecha no se había conseguido una eficiencia energética suficiente como para alcanzar un rendimiento equiparable al del gas u otros combustibles fósiles en dichas turbinas modificadas. El fin de esta novedad inventiva es para que, con la modificación mecánica precisa en la turbina para desplazar el flujo que llega del compresor al captador solar que se encuentra en exterior de la torre, sujeta a la estructura de dicha torre, y el cálculo del tamaño de su superficie captadora necesario, con la aleación del que se compone el material del captador para que pueda soportar altas temperaturas de fusión y que a su vez posea alta transmisibilidad térmica, pueda pasar la energía de la irradiación solar que recibe de los helióstatos al aire, y éste con el flujo, presión y velocidad calculada se dirija a los álabes de una turbina y pueda conseguir la potencia mecánica suficiente para transmitirla a un generador eléctrico, un generador Trifásico síncrono. En el caso de turbina y compresor no amarrados al mismo árbol, se acoplara a esta turbina un generador trifásico asíncrono donde la constancia de deslizamiento está garantizada por la corriente de red o generador auxiliar síncrono (corriente de excitación) que suministra la tensión, de forma que, aun cuando la máquina motriz que acciona el generador carezca de regulador de velocidad, las oscilaciones de carga y de tensión de la central principal quedan absorbidas y reguladas. Con el generador asincrónico se pueden aprovechar las puntas de carga térmica o radiación máxima en las horas centrales del día OBJETO DE LA INVENCIÓN

El objeto de la invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, busca y consigue que las turbinas de gas modificadas para su uso por medio de la irradiación solar, puedan conseguir alcanzar las potencias energéticas suficientes para transmitir a los generadores eléctricos la misma potencia que podrían ejercer si se les alimentara con gas u otros combustibles fósiles. Su diseño refiere a una torre termo solar, con una turbina de gas modificada para su uso por medio de la irradiación solar. Ésta puede situarse dentro o fuera de la torre: dentro, en vertical, y fuera con base horizontal, en la que se habría modificado su estructura para que la salida del aire comprimido por el compresor, sea dirigido fuera de ésta y a un captador solar que se encuentre fuera de la instalación, en la parte superior de la torre y con su foco dirigido a los espejos o helióstatos concentradores, helióstatos estos que tienen la propiedad de concentrarse, cada espejo, sobre un punto diferente de forma independiente. Lo evidente es que por la configuración del captador, la turbina consigue traspasar y superar los límites energéticos mismos que se consiguen con las turbinas de vapor o con las turbinas que exponen una base mínima y recepción mínima ante el peligro de la fusión de sus composiciones metálicas expuestas a la radiación solar y forman en sí un conjunto compacto. Es un objeto de esta patente equipararse a las instalaciones térmicas de prestaciones medias que usen combustibles fósiles o vapor de agua, pero con el objeto principal de no contaminar, no consumir agua y traspasar los límites de temperatura y generación de energía mecánica y por ende eléctrica a través de una energía limpia como es la solar.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN De todos son conocidas las torres termo solares que, como dice su título, emplean la luz solar para generar electricidad por medio de la irradiación solar. Las hay que emplean pequeños receptores por las que pasan fluidos que directamente, o que a través de intercambiadores de calor originan vapor y éste mueve turbinas de vapor que aplican su energía a generadores productores de electricidad. Hay turbinas de pequeño tamaño que preparan su zona de combustión para que mediante anillos o elementos metálicos o varillas por las que circula el aire (la mayoría utilizan lentes concentradoras y recipientes que calientan aire, así como elementos cerámicos que calienten el aire por medio de la luz solar) , para que puedan hacer funcionar una pequeña turbina de no más de 270 kilovatios debido al no poder soportar más irradiación solar, ante el peligro al deterioro y destrucción del tipo de captador por las altísimas temperaturas que precisaría. La mayoría de estos equipos captador, turbina, forman un conjunto. Antecede a esta patente, que mejora y amplia novedades, a lo referido en la descripción con los registros de invención citados: U200600388 presentada en 2.006 y la EPO 07381002-0-1267 en enero de 2007, la U201001209 de lo helióstatos concentradores y la PCT/ES2011/070231 del mismo inventor, que si bien también están basados en tener la prioridad en el principio de utilizar turbinas de gas modificadas para conseguir energía por medio de la irradiación solar, esta patente aplica novedades que hacen avanzar a la técnica considerablemente y que se explicarán en la descripción de la invención y las reivindicaciones.

PROBLEMA TÉCNICO A SOLUCIONAR

Esta patente avanza, traspasa la frontera de la técnica que las actuales instalaciones de torre con turbinas de gas modificadas tienen en la generación de energía eléctrica. Con esta novedad de un captador independiente, para aplicarlo a una turbina de gas modificada, se podrán utilizar turbinas de gas de todo tipo de potencias medias para que se adapten a la disposición de cómo dirigir el flujo de aire al nuevo captador, o que se diseñen turbinas especiales para él. Este tipo de captador en las instalaciones solares no tiene más límite para la generación de energía eléctrica que la que dé el espacio de terreno para situar la cantidad precisa de espejos o helióstatos concentradores, la irradiación en kilovatio hora solar de la zona geográfica de la instalación, el acoplar a la edificación del captador solar el tamaño que precise para conseguir el flujo para la energía eléctrica a conseguir, y el configurar su tamaño con el material que se han de emplear los captadores y repartir la temperatura por toda su superficie para que soporte la irradiación solar, el material con el mayor ratio de transmisión térmica, y el límite con el que opere la turbina. Soluciona un gran problema en el mercado de las energías, pues el sistema aporta un kilovatio mucho más económico, precisa una construcción de menor envergadura, y debido a la utilización de helióstatos que pueden dirigirse al foco como si fueran concentradores, estén a la distancia que estén, una menor necesidad de terreno para la generación de la misma potencia a generar por otros medios; y lo más importante, no contamina el medio ambiente ni consume agua.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El equipo de esta patente consta de uno o más captadores con forma paraboloide aplicada a una torre preferiblemente hueca, en el caso de realizar el proyecto con la incorporación de una turbina en vertical, tal y como figura en los dibujos, o con la turbina en horizontal sobre una base alzada lo más cercana al captador y con la mínima distancia en los conductos de salida del compresor y entrada a la turbina. Es importante decir que el captador, origen de esta patente, no utiliza lentes concentradoras, si bien pudiera incorporarse un cristal frente a la entrada del captador con entrada de aire inferior y salida en la superior para evitar presión alguna en su interior, pero solo como protección o salvaguarda de temperaturas bajas en el ambiente, pero de ninguna manera con efecto de lente, ya que emplea helióstatos que tienen la propiedad de fijar en muy poco espacio su foco, y es otra novedad su empleo ya que la técnica es de una invención del inventor de esta patente, pero también porque el captador se realiza al tamaño que precisa para aportar un flujo como para alcanzar la potencia que se requiere. La forma en que lo hace es por haber creado una estructura que hará de soporte y un fondo con un aislante a las altas temperaturas o cualquier elemento de mínima conductividad térmica recubrimiento de un protector refractario. Sobre este...

1ª CAPTADOR SOLAR DE ALTO RENDIMIENTO PARA TURBINA DE GAS MODIFICADA, según la memoria descriptiva, un captador o captadores para turbina de gas modificada para instalarse en torres térmicas en la que la energía generada por las instalaciones sea procedente de la irradiación solar, caracterizado por incorporar uno o varios captadores (15 y 5) solares para que aporte o aporten el suficiente flujo para alcanzar altas prestaciones energéticas en una turbina modificada (28) para usar como gas ideal el aire y como combustible, para la expansión del flujo (aire) , la irradiación solar; en el que el captador incorpora: un cuerpo de forma, preferiblemente, paraboloide, como parábola o plano que depende de la instalación y lugar en que se instale, un fondo aislado y sobre el aislamiento una cerámica refractaria, una placa (11) de alta conductividad térmica resistente a las altas temperaturas cubriendo la zona refractaria, una placa (8) de alta resistencia a altas temperaturas y conductora térmica que, divide los captadores en dos zonas conductivas de aire o flujo entre la zona refractaria: final del recorrido en camino a la salida del flujo (6) y la entrada del aire o flujo (17) del captador (5) y en el captador (15) de la entrada (7) y la salida (19) ; un frente de material, negro a la radiación solar, muy resistente a las altas temperaturas y de alta transmisibidad térmica con protuberancias en la pared interior (4) , cierra herméticamente con el fondo del captador; dos tomas en la parte posterior que se dirigen al cuerpo de la turbina (28) , que en el captador (5) como decíamos la entrada es (17) y la salida (6) a turbina de potencia (12) .

2ª CAPTADOR SOLAR DE ALTO RENDIMIENTO PARA TURBINA DE GAS MODIFICADA, según reivindicación 1ª caracterizado porque incorpora una turbina de gas modificada, con uno o varios captadores exteriores, que puede ir en vertical, dentro de la torre, o en horizontal en una plataforma alzada o instalada en el suelo pegada a la torre y conectada con conductos (42) a los captadores (5) y (15) y a la turbina (28) .

3ª CAPTADOR SOLAR DE ALTO RENDIMIENTO PARA TURBINA DE GAS MODIFICADA, según reivindicación 1ª caracterizado porque incorpora, uno o dos captadores (5) y (15) o más para altas potencias para alimentar energéticamente con un fluido proveniente de uno de los captadores (5) o varios (5) y (15) a una turbina de potencia (12) , o dos turbinas: (2) y (12) unidas o separadas (2) y (12) .

4º CAPTADOR SOLAR DE ALTO RENDIMIENTO PARA TURBINA DE GAS MODIFICADA, según reivindicación 1ª, 2ª y 3ª caracterizado porque para conseguir mayor rendimiento energético en una turbina de gas modificada para usarse con la energía de los captadores (5) , (15) alimentados por la radiación solar, incorpora, una turbina de vapor (16) que por cogeneración se alimenta del intercambiador de calor (41) que incorpora y que por la temperatura del aire que lo atraviesa produce vapor y alimenta a dicha turbina de vapor (16) y que por medio de la incorporación del embrague (45) , a través de éste, aplica su energía resultante en la turbina (29) para rebajar el trabajo de su compresor (3) y elevar la eficiencia energética del conjunto de la turbina (29) ; porque incorpora un deposito de presión que recibe el vapor usado por la turbina de vapor (16) y lo traslada ya condensado por la diferencia de temperatura o por presión al intercambiador de calor (14) realizando un circuito cerrado; porque por la incorporación del embrague (45) se puede cambiar al desembragar de la turbina de gas modificada (28) y utilizar el vapor almacenado en (21) para que en horas de carencia solar accione el generador eléctrico (26) .

5ª CAPTADOR SOLAR DE ALTO RENDIMIENTO PARA TURBINA DE GAS MODIFICADA, según reivindicación 1ª, 2ª, 3ª y 4ª caracterizado por incorporar, helióstatos concentradores (50) , que se configuran como concentradores de irradiación solar, por lo que se puede alcanzar altas temperaturas en el captador (5) de menor tamaño y distribuirse por el captador (15) .

6º CAPTADOR SOLAR DE ALTO RENDIMIENTO PARA TURBINA DE GAS MODIFICADA, según reivindicación 1ª y 3ª caracterizado porque incorpora en los captadores (5) y (15) unos inyectores preparados para poder aplicarles gas, hidrogeno u otros combustibles fósiles o combustibles generados de la biodiversidad.

Figura 1

Figura 2

Figura 3

Figura 4

Figura 5