Planta térmica de dos ciclos rankine en serie para instalaciones de regasificación de gas natural licuado.

Planta térmica de dos ciclos Rankine en serie para instalaciones de regasificación de gas natural licuado,

permite el aprovechamiento del frio residual del proceso de regasificación del gas natural licuado para incrementar la eficiencia térmica del proceso de conversión de energía térmica a eléctrica vía energía mecánica mediante asociación de dos ciclos Rankine regenerativos en serie, en donde los gases de la combustión ceden primeramente calor a un ciclo Rankine de alta temperatura y seguidamente ceden calor al ciclo Rankine de baja temperatura. El ciclo Rankine de alta temperatura opera con dióxido carbono, mientras que el ciclo Rankine de baja temperatura opera con xenón.

La condensación del fluido de trabajo de ambos ciclos es realizada por el refrigerante constituido por el gas natural licuado al ser regasificado para su distribución y usos energéticos. El calor rechazado por el sistema de combustión después de haber cedido todo el calor posible a los dos ciclos Rankine es aprovechado para calentar el aire de combustión.

PLANTA TÉRMICA DE DOS CICLOS RANKINE EN SERIE PARA INSTALACIONES DE REGASIFICACIÓN DE GAS NATURAL LICUADO

OBJETIVO DE LA INVENCiÓN

El objetivo de la presente invención es la utilización del frío residual del proceso de regasificación del gas natural licuado para incrementar la eficiencia térmica del proceso de conversión de energía térmica a eléctrica vía energía mecánica mediante asociación novedosa de dos ciclos Rankine regenerativos en serie, a la vez que se eliminan los métodos tradicionales de regasificación obteniendo una regasificación más eficiente.

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCiÓN

La presente invención pertenece al campo técnico de la conversión de energía térmica procedente de combustibles fósiles, en energía eléctrica mediante ciclos termodinámicos del tipo Rankine con regeneración en instalaciones de regasificación de gas natural licuado

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN

Las plantas regasificadoras son las encargadas de recibir el gas natural licuado que transportan los barcos, almacenarlo todavía como liquido y distribuirlo en la red ya como gas. Tanto en los barcos como las plantas regasificadoras, la temperatura de almacenamiento ronda los -160° e y con 1 bar de presión. Para situar el gas en las condiciones de distribución de los gaseoductos, se debe realizar un proceso de vaporización en el que se hace una aportación energética al gas. Los dispositivos o sistemas de vaporización del gas natural licuado utilizados suelen ser mediante intercambiadores de calor, donde el gas circula por el interior de los tubos y el agua de mar por el exterior, o mediante vaporizadores denominados de combustión sumergida, donde el fluido caliente es un baño de agua calentada por los productos de la combustión de gas en un quemador especial sumergido en el propio baño. Estos procesos de vaporización tienen un coste energético de no retorno, bien en combustible, si se hace mediante la combustión sumergida, bien en bombeo de agua de mar, pero, además, se desaprovecha el frío residual del proceso de regasificación. Una planta de regasificación es eficaz en términos de capacidad para vaporizar el gas natural licuado en el modo que pueda garantizar el suministro a los usuarios finales. Sin embargo existe la necesidad de un método eficiente para aprovechar el calor sensible y latente del gas natural licuado como fuente fría como medio condensante para generar energía. En el documento de patente US 6367258 se integra un ciclo combinado Brayton Rankine con la vaporización del gas natural licuado o de petróleo como fuente fría para generar energía eléctrica. Así mismo en la patente US 6336316 trata la integración de los ciclos de generación de potencia y la regasificación de gas natural. En EP 1888883 B1 los sistemas de regasificación se basan en la generación de energía. En la patente US 20030005698 A1 el frio residual se utiliza para enfriar la admisión de la turbina de gas de un ciclo combinado, aumentando así el rendimiento del ciclo de potencia. En lo referente a la conversión de energía térmica a eléctrica vla energía mecánica proporcionada por turbinas operando con ciclos de Rankine, utilizando combustibles fósiles, podemos resumir que encontramos dos estructuras de planta: -Ciclos de Rankine regenerativos operando con un fluido de trabajo como el agua o

un fluido orgánico, -Ciclos combinados en los que el ciclo de alta temperatura es un ciclo de Brayton y

el de baja temperatura es de Rankine En el estado actual de la tecnología relacionada con la conversión de energía tanto de alta como de baja temperatura que operan mediante el ciclo Rankine convencional, no es conocida ninguna alternativa tecnológica similar a la de las características de este invento. No son conocidas las plantas térmicas que utilizan dos ciclos de Rankine en serie integradas con el proceso de regasificación del gas natural licuado, donde el ciclo de alta temperatura opera con dióxido de carbono condensado a bajas temperaturas mediante el frío residual del proceso de regasificación y el ciclo de baja temperatura opera con xenón con condensación cuasi-crítica también mediante la energía disponible en el frío residual del proceso de regasificación.

BREVE DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN

La presente invención se refiere a una planta térmica de dos ciclos Rankine en serie para instalaciones de regasificación de gas natural licuado, que comprende:

Un ciclo de Rankine regenerativo de alta temperatura operando con dióxido de carbono como fluido de trabajo, formado por:

• Un condensador de dióxido de carbono mediante refrigerante gas natural licuado

• Turbinas de alta y baja presión

• Un regenerador

• Haz tubular vaporizador-sobrecalentador

• Haz tubular recalentador

• Una bomba de alimentación

Un ciclo de Rankine regenerativo de baja temperatura operando con fluido de trabajo xenón, formado por:

• Un condensador de xenón mediante refrigerante gas natural licuado

• Turbinas de alta y baja presión

• Un regenerador

• Haz tubular vaporizador-sobrecalentador

• Haz tubular recalentador

• Una bomba de alimentación Un sistema de combustión para aporte de energía térmica formado por:

• Calentador de aire

• Conducto de alimentación de aire al calentador de aire

• Salida de gases de combustión a baja temperatura

• Cámara de combustión

• Conducto de alimentación de combustible a la cámara de combustión

• Conductos de alimentación de aire a la cámara de combustión

• Conducto de aire a la cámara de combustión

• Compresor de alimentación de aire de combustión

En donde los gases de la combustión ceden primeramente calor al ciclo Rankine regenerativo de alta temperatura operando con dióxido de carbono y seguidamente ceden calor al ciclo Rankine regenerativo de baja temperatura operando con xenón. El calor rechazado por el sistema de combustión después de haber cedido todo el calor posible a los dos ciclos Rankine dispuestos en serie es aprovechado para calentar el aire de combustión.

La condensación del fluido de trabajo de ambos ciclos Rankine en serie es realizada por el refrigerante constituido por el gas natural licuado al ser regasificado para su distribución y usos energéticos en plantas de regasificación, aprovechando de esta manera la energía fría disponible en el gas natural licuado en el proceso de regasificación para aumentar el rendimiento de la conversión de energía térmica, procedente de combustibles fósiles, en energía eléctrica mediante la planta objeto de la presente invención.

DESCRIPCiÓN DE LAS FIGURAS

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integral de la misma, un conjunto de figuras en el que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se representa lo siguiente: Figura 1. Sistema de combustión de la planta térmica de ciclos Rankine en serie. Figura 2. Ciclos Rankine regenerativos dióxido de carbono-xenón en serie con condensador enfriado mediante gas natural.

DESCRIPCiÓN DETALLADA DE LA INVENCiÓN

La planta térmica objeto de la presente invención está constituida por los siguientes componentes según se muestra en la Figura 1 y 2, que representan respectivamente un sistema de combustión de la planta térmica de ciclos Rankine en serie y los ciclos Rankine regenerativos dióxido de carbono-xenón en serie con condensador enfriado mediante gas natural:

Calentador de aire de combustión (1)

Salida de gases de combustión (2)

Conducto de alimentación de aire al calentador de aire (3)

Cámara de combustión (4)

Conducto de alimentación de combustible a la cámara de combustión (5)

Conductos de alimentación de aire a la cámara de combustión (6)

Conducto de aire a la cámara de combustión (7)

Compresor de alimentación de aire de combustión (8)

Haz tubular vaporizador-sobrecalentador del ciclo Rankine de alta temperatura (10) Haz tubular recalentador del ciclo Rankine de alta temperatura (11)

Turbina de alta presión del ciclo Rankine de alta temperatura (12)

Turbina de baja presión del ciclo Rankine de alta temperatura (13)

Condensador del ciclo Rankine de alta temperatura (14)

Bomba de alimentación del ciclo Rankine de alta temperatura (15)

Regenerador del ciclo Rankine de alta temperatura (16)

Generador eléctrico del ciclo...

1a. Planta térmica de dos ciclos Rankine en serie para instalaciones de regasificación 5

de gas natural licuado, caracterizada por comprender: -dos ciclos de Rankine en serie con respecto a los gases de la combustión -el ciclo Rankine de alta temperatura opera con dióxido de carbono -el ciclo Rankine de baja temperatura opera con xenón.

2a. Planta según la reivindicación 1, caracterizada porque los gases de combustión evacuados ceden el calor residual al aire de combustión mediante un intercambiador de calor (1) .

3a. Planta según la reivindicación 1, caracterizada porque el fluido de trabajo del ciclo 15 Rankine de alta temperatura es el dióxido de carbono y el fluido de trabajo del ciclo Rankine de baja temperatura es el xenón.

4a. Planta según la reivindicación 1, caracterizada porque la condensación del dióxido de carbono y del xenón se realiza mediante el flujo de gas natural licuado en el 20 proceso de regasificación.

FIGURA 1

a b

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FIGURA 2