Sistema de producción y de almacenamiento de energía eléctrica y térmica a partir de una cicloturbina.

Procedimiento de producción y de almacenamiento de energías eléctrica y térmica de origen solar,

caracterizadoporque comprende:

a) una fase luminosa que comprende la producción de una energía cinética y de una energía térmicamediante la aceleración y el calentamiento de un gas a través de al menos una cicloturbina bajo laacción de la radiación solar, el uso de estas energías para producir electricidad al tiempo que se enfría,e incluso se licua dicho gas, acumulando una parte de las energías del gas en al menos un depósitoque comprende al menos un compartimento de agua (69) y al menos un compartimento con unasolución saturada en acetato de sodio (77), el almacenamiento de una energía de una radiación solar enuna energía potencial mediante el calentamiento de dicho gas en unas condiciones de volumen variabledentro de un acumulador solar térmico con un volumen variable (96); y

b) una fase oscura en la que la energía almacenada dentro del acumulador solar térmico y el depósito seutiliza para producir energía eléctrica y térmica.

Sistema de producción y de almacenamiento de energía eléctrica y térmica a partir de una cicloturbina [0001] Los dos principales tipos de producción de energía eléctrica a partir de la radiación solar son los procesos fotovoltaicos y los procesos solares térmicos. Los procesos fotovoltaicos son los más habituales, pero presentan la desventaja de ser caros con unos rendimientos de conversión energética inferior al 24 %, incluso para los procesos más innovadores como Nanosolar. Junto a estos procesos fotovoltaicos los procesos solares térmicos tienen unos mejores rendimientos del orden del 30 %, por el contrario son más voluminosos y están más adaptados para una elevada producción de electricidad. En la actualidad se desarrollan nuevos dispositivos, que acoplan un motor Stirling con un concentrador, para producir corriente eléctrica. No obstante, el uso de gases nobles como el argón para mejorar el rendimiento de estas máquinas, los hacen más caros y relativamente frágiles.

Las turbinas son unas máquinas térmicas robustas que ofrecen algunos de los mejores rendimientos de conversión, del orden de entre un 30 y un 36 %. Además, estas máquinas ofrecen por lo general grandes posibilidades de cogeneración, lo que no permiten las instalaciones fotovoltaicas y muy difícilmente los motores Stirling solares a causa de la geometría de las instalaciones. Por el contrario, la geometría general de las turbinas exige unas grandes dimensiones lo que es difícilmente compatible con las pequeñas y medianas instalaciones solares, en particular en el marco del uso de chimeneas solares. Ahora bien, el aumento de los rendimientos pasa sobre todo para las pequeñas unidades por la recuperación de las energías térmicas que se pierden en los diferentes procesos. Además, sea cual sea el modo de producción de energía solar, la adaptación rápida y reactiva a la demanda de energía así como a la versatilidad de la fuente, precisa 1) o bien almacenar la energía eléctrica para redistribuirla en el momento de alta demanda, 2) o bien monopolizar rápidamente nuevas unidades de producción. La primera solución es la que se utiliza más a menudo para pequeñas instalaciones, la segunda solución se utiliza para instalaciones de mayor envergadura, en particular cruzando unos medios de producción de orígenes diferentes, por ejemplo solar eólico o solar hidráulico. Sin embargo, esta última solución de compensación se utiliza cada vez más en pequeñas instalaciones, acoplando eléctricamente varias fuentes de producción, por medio de un ondulador. No obstante, estos dispositivos plantean un problema de rendimiento de restitución de la energía y de conversión de corrientes de tipos diferentes hacia un mismo colector. Además, en estas condiciones de acoplamiento eléctrico, una gran parte de la energía térmica se pierde sin convertirse en una energía útil.

El documento FR 2307982 A se considera como el estado de la técnica más próximo a la reivindicación 1.

Describimos un nuevo sistema solar térmico que se puede aplicar a pequeñas y medianas unidades de producción. Este dispositivo utiliza una nueva geometría de turbina que funciona con energía solar acoplada a los dispositivos que permiten la producción de electricidad de forma simultánea a una cogeneración de calor y eventualmente de frío, así como el almacenamiento de estas energías. Además, la geometría de los elementos del dispositivo solar térmico permite un acoplamiento hidráulico sencillo con otros tipos de unidades de producción eléctrica como los aerogeneradores y los hidrogeneradores.

Principio de funcionamiento [0005] La invención se refiere a un procedimiento y a unos dispositivos que organizan una serie de unidades funcionales que permiten producir y almacenar energía eléctrica y calorífica (frío/calor) .

1.1 El procedimiento consiste:

a) durante una fase que utiliza la radiación solar (fase luminosa) , en acelerar un gas a través de una turbina solar ciclónica o cicloturbina y a continuación en utilizar la energía cinética y térmica de dicho gas para producir electricidad, y en enfriar, e incluso licuar, dicho gas acumulando una parte de su calor en unos depósitos de agua y/o de acetato de sodio, y a continuación en almacenar la energía de la radiación solar en una energía potencial mediante el calentamiento de dicho gas en unas condiciones de volumen variable en un acumulador solar térmico; y

b) durante un fase independiente de la radiación (fase oscura) , en la que la energía cinética y térmica almacenada en el gas en unas condiciones de volumen variable y dentro del depósito que contiene el agua o el acetato de sodio se utilizan para producir energía eléctrica y térmica.

2.1 En un modo preferente de realización, la aceleración y el calentamiento del gas se garantizan mediante una turbina ciclónica, que comprende un concentrador solar, compuesto por un deflector, que puede tener por ejemplo una forma parabólica, cóncava, elipsoidal, plana, etc., que refleja la luz sobre un sistema de tubos ensamblados unidos a una estructura cónica, por los cuales circula el gas que hay que acelerar. El sistema de tubos está compuesto en su parte más exterior por una primera tubería externa (figura 1.1) . La tubería externa está rematada y cerrada por una cámara cónica invertida de tal modo que forma una estructura ciclónica invertida (figura 1.4) . En la entrada del ciclón invertido está dispuesta una rueda (figura 1.7) cuya parte central está atravesada por un orificio (figura 1.8) . En el centro del orificio central de la rueda está

dispuesto un eje solidario con la rueda (figura 1.9) que se prolonga, por una parte, en el primer tercio del ciclón y, por otra parte, en el centro de la tubería externa. En el primer tercio del ciclón en la posición central está dispuesta una tubería alrededor del eje de la rueda que constituye la tubería de eje (figura 1.10) . La rueda se apoya en su base (parte ensanchada) sobre la tubería de eje que comprenderá a esta altura unos medios que permiten la rotación de la rueda, como un rodamiento de bolas (figura 1.13) . La tubería de eje permitirá captar el flujo central que sale del ciclón. La parte del eje de rueda incluida dentro de la tubería de eje comprenderá unas hélices o palas dispuestas en forma de rotor en uno o varios niveles (figura 1.4) . Frente a las palas del o de los rotores, se disponen unas palas fijas (figura 1.5) en la cara interior de la tubería de eje de tal modo que formen unos estatores para los rotores. El conjunto tubo de eje y eje de rueda más palas forma de este modo una turbina (figura 1.16) , de tal modo que el eje de rueda al girar acciona la rueda. Las aletas dispuestas sobre la rueda (figura 1.17) y las palas (figura 1.14) del eje de rueda estarán orientadas en sentido inverso de tal modo que al girar las aletas de la rueda hagan que el gas penetre y se comprima en el interior del ciclón, obteniéndose la rotación de la rueda entonces por la acción de los gases, que salen del ciclón, sobre las palas de la turbina central del ciclón. La rueda está carenada en una estructura complementaria (figura 1.18) que une, por una parte, la tubería externa con el borde del ciclón y, por otra parte, el borde del ciclón con el borde de la tubería de eje. La parte superior de la rueda (parte más estrecha) se apoya en una tubería de salida de ciclón (figura 1.19) , dispuesta en el centro de la tubería externa y que rodea al eje de la rueda, de tal modo que la rueda pueda girar por medio de unos medios introducidos a la altura de esta tubería de salida de ciclón, como unos rodamientos de bolas (figura 1.22) . A la altura de la unión entre el carenado de la rueda y el ciclón están dispuestos unos conductos oblicuos más o menos en forma de U (figura 1.23) , con un diámetro de unas decenas de micrones a varios centímetros. Estos conductos permiten que el gas proveniente de la tubería externa y comprimido por la rueda pase al ciclón calentándose mucho al mismo tiempo por la radiación solar. La orientación de los conductos permitirá orientar e impulsar el gas que entra dentro del ciclón, un movimiento de rotación que induce un vórtice hacia la parte superior del cono que forma el ciclón (figura 1.4) . Una vez en la parte superior del cono, el gas se organiza en una columna que se dirigirá entonces hacia la tubería de eje en la que se precipitará accionando la turbina central del ciclón. La pared externa de los conductos oblicuos será negra (de pintura negra, Cromo negro, CERMET) . Los conductos oblicuos podrán ser de metal pero, de manera preferente, de cerámica o presentarán unas estructuras de cerámica en el interior. La radiación solar que proviene de los concentradores se dirigirá a las paredes de los... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de producción y de almacenamiento de energías eléctrica y térmica de origen solar, caracterizado porque comprende: 5

a) una fase luminosa que comprende la producción de una energía cinética y de una energía térmica mediante la aceleración y el calentamiento de un gas a través de al menos una cicloturbina bajo la acción de la radiación solar, el uso de estas energías para producir electricidad al tiempo que se enfría, e incluso se licua dicho gas, acumulando una parte de las energías del gas en al menos un depósito que comprende al menos un compartimento de agua (69) y al menos un compartimento con una solución saturada en acetato de sodio (77) , el almacenamiento de una energía de una radiación solar en una energía potencial mediante el calentamiento de dicho gas en unas condiciones de volumen variable dentro de un acumulador solar térmico con un volumen variable (96) ; y

b) una fase oscura en la que la energía almacenada dentro del acumulador solar térmico y el depósito se 15 utiliza para producir energía eléctrica y térmica.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la cicloturbina está acoplada con al menos una turbina de vapor.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 y 2 caracterizado porque al menos una cicloturbina y al menos una turbina de vapor están acopladas hidráulicamente con al menos un hidrogenerador.

4. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 y 2 caracterizado porque al menos una cicloturbina y al menos una turbina de vapor están acopladas hidráulicamente con al menos una estructura eólica. 25

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque la cicloturbina comprende unos tubos ensamblados, al menos un ciclón, al menos un rotor, unos estatores, al menos una rueda atravesada por un orificio en su centro, posicionándose un eje solidario con la rueda en el centro del orificio, comprendiendo el eje unas palas orientadas en el sentido inverso a las aletas de la rueda, unos conductos oblicuos capaces de orientar un gas al

interior de los ciclones, unos medios para hacer que la radiación solar converja en dichos conductos oblicuos.

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 2 caracterizado porque unas fuentes de alimentación de vapor de la turbina están dispuestas en forma de estrella.

7. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3 y 4 caracterizado porque el hidrogenerador o el aerogenerador es cilíndrico (54) con una geometría variable (55) y está compuesto por varias unidades solidarias en la que cada unidad comprende una parte perfilada en una cara cóncava (56) y en una cara convexa (57) , y una parte móvil (60) , estando dicha parte móvil compuesta de manera preferente por una membrana flexible guiada por unas guías flexibles (59) .

8. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque el acumulador solar térmico de volumen variable, comprende un cilindro (95) , al menos un pistón (96) , al menos un manguito (106) que forma un fuelle con el fondo de la cámara y el pistón, al menos un tensor (101) (102) como un muelle con memoria de forma, unos medios para hacer que la radiación solar converja en la superficie del pistón y eventualmente del cilindro.