Depósito mejorado para contener líquidos.

Un depósito para la contención de un líquido, preferiblemente una sal fundida,

donde dicho depósito estáasociado con una bomba de aspiración de dicho líquido, donde dicho depósito comprende:

un fondo del que surge una pared lateral,

en el que la mencionada bomba de aspiración requiere un nivel mínimo de líquido en el mencionado depósito parapoder funcionar, donde el depósito incluye al menos un elemento que ocupa un volumen y que está situado dentrode dicho depósito con al menos una parte del mencionado volumen dispuesto a una altura, con respecto almencionado fondo, que es inferior al mencionado nivel mínimo; donde dicho elemento incluye un colchón de gas devolumen variable, donde dicho colchón de gas es un tanque, un depósito secundario, un compartimento o unacombinación de los mismos, donde dicho colchón de gas está situado dentro del mencionado depósito y secomunica, en las proximidades del fondo del colchón de gas, con una parte interna de dicho depósito y, en lasproximidades de la parte superior, con un sistema de suministro y evacuación de gas para crear dentro delmencionado tanque, el mencionado depósito secundario o el mencionado compartimento, una presión mayor o iguala la presión de la fase gaseosa dentro del mencionado depósito.

Depósito mejorado para contener líquidos Campo de la invención La presente invención se refiere a un depósito para contener líquidos de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1. Un depósito tal se conoce por ejemplo del documento DE 33 144 91 A1. En particular, la presente invención se refiere a un depósito mejorado para contener sales fundidas especialmente apropiado para utilizarse como un sistema de almacenamiento de calor en relación con centrales de energía solar.

Antecedentes de la invención La utilización de fuentes de energía renovable se ha convertido en algo de importancia suprema para conseguir el desarrollo en nuestro planeta de una manera sostenible.

Entre las fuentes renovables, la recuperación de energía radiada por el sol con el fin de generar electricidad encuentra hoy en día un número cada vez mayor de aplicaciones que pueden dividirse de manera grosera entre aplicaciones fotovoltaicas y aplicaciones térmicas.

Entre las aplicaciones térmicas de la energía solar, el desarrollo de centrales de concentración solar (CSP, Concentration Solar Plants) es uno de los campos de desarrollo tecnológico. Las centrales de concentración solar concentran la energía radiada por el sol por medio de espejos con el fin de calentar un fluido a una temperatura apropiada para producir vapor en un dispositivo de intercambio de calor, vapor que a su vez se utiliza para generar potencia eléctrica a través de un sistema de turbina y generador.

Debido a que la radiación solar está disponible sólo durante el día, se han desarrollado diferentes sistemas con el fin de almacenar la energía recuperada a partir del sol y utilizarla durante la noche con el fin de asegurar un tiempo de disponibilidad de potencia mayor de acuerdo con los requerimientos de la red de distribución de energía eléctrica.

En el estado del arte, el método más común para almacenar la energía capturada de la radiación solar consiste en calentar una masa de sales fundidas, en su mayor parte una mezcla de nitratos, durante el día, para utilizar estas sales fundidas calientes, bien directamente o bien indirectamente, para generar vapor y por lo tanto potencia eléctrica.

Las centrales de concentración solar utilizan dos esquemas diferentes para aprovechar la energía recuperada a partir de la radiación solar: en un primer esquema (figura 10) , la energía solar se transfiere mediante el calentamiento de un fluido intermedio, llamado Fluido de Transferencia de Calor (HTF, Heat Transfer Fluid) , generalmente una mezcla de hidrocarburos, que se utiliza durante el día tanto para generar vapor como para calentar la masa de sales fundidas almacenada aumentando su temperatura; en el segundo esquema (figura 11) , la energía solar se transfiere directamente a la masa de sales fundidas que se utiliza en parte para generar vapor y en parte para almacenar calor que se utilizará durante la noche.

El sistema de almacenamiento de calor utilizado para almacenar las sales fundidas comprende usualmente una pareja de depósitos (llamados depósitos caliente y frío de almacenamiento de sal) o más de una.

Durante el calentamiento de las sales fundidas, éstas son transferidas desde el depósito frío hasta el depósito caliente mientras que, cuando se recupera la energía almacenada, las sales fundidas fluyen desde el depósito caliente hasta el depósito frío.

De acuerdo con los diferentes esquemas de central de concentración solar, el depósito frío funciona dentro de un intervalo de temperatura que está situado entre 270ºC y 440ºC, mientras que el intervalo de temperaturas del depósito caliente está situado entre 350ºC y 560ºC, con una diferencia de temperatura entre los dos depósitos de entre 70ºC y 200ºC.

Como alternativa al sistema de almacenamiento de dos depósitos, pueden utilizarse sistemas de almacenamiento termoclinos. Un sistema de almacenamiento termoclino es un sistema de un único depósito que contiene tanto el fluido caliente como el fluido frío. Este tipo de sistema se basa en la flotabilidad térmica para mantener una estratificación térmica y unas regiones térmicas caliente y fría discretas dentro del depósito.

Las centrales de concentración solar se dimensionan hoy en día para generar electricidad con una entrega de potencia eléctrica comprendida en el intervalo entre 10 MW y 500 MW. Debido a que la eficiencia del sistema de generación de potencia está comprendida en el intervalo entre el 30% y el 50% y se requiere que genere electricidad durante 6 ó 12 horas cuando el sol no está disponible, las centrales de concentración solar necesitan almacenar una cantidad de energía térmica en el intervalo comprendido entre 100 MWh y 20.000 MWh.

Un sistema de almacenamiento térmico típico en centrales de concentración solar que se construyen hoy en día funciona en el entorno de 1.500 MWh.

En el caso de un sistema de almacenamiento térmico de dos depósitos, suponiendo que la diferencia de temperatura entre los depósitos frío y caliente es de 100ºC y considerando el calor específico de mezclas típicas de nitratos utilizadas como medio de almacenamiento de calor, se deduce que resulta necesario el almacenamiento de más de 35.000 toneladas de sales fundidas.

Por consiguiente, el diámetro del depósito de almacenamiento está comprendido en el intervalo entre 20 y 70 metros mientras que la altura del depósito está comprendida en el intervalo entre 7 y 18 metros.

Los depósitos de almacenamiento de sales fundidas deben diseñarse correctamente para evitar cualquier posible fuga de sales fundidas. Esto se consigue, entre otras cosas, evitando cualquier tipo de conexiones, toberas y dispositivos de este tipo por debajo del nivel máximo que puede alcanzar la masa de sales fundidas dentro del depósito. Por consiguiente, todas las conexiones están dispuestas en la parte superior del depósito, preferiblemente en su techo.

Más aún, los depósitos necesitan diseñarse con un fondo plano con el fin de evitar concentraciones de tensiones mecánicas no deseadas.

Debido a que no existe ninguna conexión por debajo del nivel máximo de la masa de sales fundidas, las sales fundidas son transferidas generalmente, bien durante el calentamiento o bien durante el enfriamiento, por medio de bombas de aspiración, preferiblemente bombas centrífugas verticales, que tienen el impulsor dispuesto cerca del fondo del depósito y un eje de una longitud apropiada que sobresale por la parte superior del depósito.

Con el fin de mantener un funcionamiento estable y de evitar el fenómeno de la cavitación, las bombas de aspiración, en particular las bombas centrífugas, requieren una altura de aspiración positiva mínima, que consiste en un nivel mínimo de líquido en el lado de succión de la bomba, en concreto por encima del impulsor de la bomba.

Por consiguiente, siempre debe estar presente en el depósito un nivel mínimo de sales fundidas para que las bombas puedan funcionar correctamente. Esto conlleva una falta de disponibilidad para almacenar y recuperar calor del volumen de sales fundidas necesario para mantener el nivel mínimo de líquido requerido.

Típicamente, debe mantenerse un nivel mínimo en el intervalo comprendido entre 0, 5 y 1, 4 metros de manera permanente en un depósito. Consecuentemente, en el caso de una central de concentración solar de 50 MW con un sistema de almacenamiento de calor que comprende dos depósitos de 38 metros de diámetro, resultaría necesaria la compra de aproximadamente entre 1.000 y 3.000 toneladas de mezcla de sales de nitrato, que no estarían disponibles para propósitos de transferencia de calor.

Además de los sobrecostes de la inversión, el almacenamiento de una cantidad tal de productos químicos no utilizables conlleva inevitablemente un impacto medioambiental no deseado y muy negativo debido al alto consumo de energía y de materias primas para su producción, transporte y fundición a escala industrial.

El problema de minimizar la cantidad de líquido que no puede ser succionado por la bomba, en concreto por una bomba vertical, desde un depósito o tanque ha sido abordado mediante una diversidad de métodos. Con referencia a la figura 12, en uno de estos métodos el fondo (B) de un depósito (T) está provisto de un área (SA) de sumidero que funciona como un reservorio primario de la bomba (P) . Sin embargo, este método conocido no puede aplicarse a depósitos que funcionan a altas temperaturas, tales como los depósitos de sales fundidas utilizadas en centrales de concentración solar, debido a diferentes desventajas y dificultades asociadas a combinar la expansión térmica que afecta a las paredes metálicas y al fondo del depósito con el material... [Seguir leyendo]

1. Un depósito para la contención de un líquido, preferiblemente una sal fundida, donde dicho depósito está asociado con una bomba de aspiración de dicho líquido, donde dicho depósito comprende:

un fondo del que surge una pared lateral,

en el que la mencionada bomba de aspiración requiere un nivel mínimo de líquido en el mencionado depósito para poder funcionar, donde el depósito incluye al menos un elemento que ocupa un volumen y que está situado dentro de dicho depósito con al menos una parte del mencionado volumen dispuesto a una altura, con respecto al mencionado fondo, que es inferior al mencionado nivel mínimo; donde dicho elemento incluye un colchón de gas de volumen variable, donde dicho colchón de gas es un tanque, un depósito secundario, un compartimento o una combinación de los mismos, donde dicho colchón de gas está situado dentro del mencionado depósito y se comunica, en las proximidades del fondo del colchón de gas, con una parte interna de dicho depósito y, en las proximidades de la parte superior, con un sistema de suministro y evacuación de gas para crear dentro del mencionado tanque, el mencionado depósito secundario o el mencionado compartimento, una presión mayor o igual a la presión de la fase gaseosa dentro del mencionado depósito.

2. El depósito de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el área del mencionado elemento en sección transversal con respecto al eje vertical del mencionado depósito es más pequeña que un área de sección transversal correspondiente del mencionado depósito.

3. Un sistema de almacenamiento de calor que comprende al menos un depósito de acuerdo con la reivindicación 1.

4. Una central que comprende dos depósitos o más de dos de acuerdo con la reivindicación 1.

5. Una central que comprende dos depósitos o más de dos de acuerdo con la reivindicación 1, en la que los colchones de gas mencionados de cada depósito comparten un sistema de suministro y evacuación de gas común.

6. La central de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende adicionalmente al menos un primer depósito y un segundo depósito conectados uno a otro mediante un circuito de sales fundidas para transferir el líquido desde el primer depósito hasta segundo depósito y viceversa.

7. Un método para almacenar calor en un depósito de acuerdo con la reivindicación 1.

8. Un método para almacenar calor en una central de acuerdo con la reivindicación 4.