SISTEMA DE RECEPTOR CENTRAL DE TORRE.

Un sistema de receptor central de torre que tiene un receptor (30) central de torre,

un tanque de almacenamiento frío (10), un tanque de almacenamiento caliente (20) en la base de la torre del receptor, una tubería de bajada (6) desde el receptor (30) y una tubería de subida (7) hacia el receptor (30). El sistema de receptor central de torre tiene un sistema de recuperación de energía potencial situado en la base de la torre configurado de tal forma que recupera parte de la energía mecánica del fluido caloportador y la utiliza en un bombeo del fluido de trabajo hacia el receptor (30) y/o provisionando de potencia a otros equipos de la planta solar en cualquier tipo de energía.

Campo de la invención Esta invención está relacionada con los sistemas de generación eléctrica a través de energía solar. Concretamente, esta invención se aplica en plantas de receptor central de torre, con receptor cilíndrico central o receptor de cavidad.

Antecedentes de la invención El creciente interés en las energías renovables y el aumento en la demanda energética han producido una gran expansión de la generación eléctrica mediante energía solar.

El concepto de receptor central se basa en un campo de espejos con sistemas individuales de seguimiento solar llamados heliostatos, los cuales reflejan la radiación solar incidente hacia el receptor central situado en la parte superior de una torre, generalmente situada en el centro del campo de heliostatos, el receptor central puede ser bien cilíndrico o bien de cavidad. De esta forma, la radiación solar directa se concentra en el área efectiva del receptor permitiendo alcanzar altos niveles de radiación en el mismo.

Todas las configuraciones de receptor central se sitúan en lo alto de la torre, donde son calentados con la radiación reflejada por los heliostatos. Los heliostatos concentran la radiación y la redirigen hacia el receptor. Normalmente el 80-90 por ciento de la energía reflejada es absorbida y transferida al fluido de trabajo, el cual se bombea desde la base de la torre hasta el receptor. Los sistemas de receptor central normalmente incluyen dos tanques de almacenamiento, uno frío y otro caliente, situados en la parte inferior de la torre, los cuales provisionan y almacenan el fluido de trabajo que va/viene al/del receptor. Esta tecnología además consta de un sistema conversor de energía calorífica a energía eléctrica, compuesto por un generador de vapor, una turbina de vapor y un generador eléctrico.

El fluido caloportador puede ser cualquier medio capaz de absorber y transferir adecuadamente la energía calorífica, como sales fundidas o aceites térmicos sintéticos de alta temperatura por debajo de los 750˚C.

El fluido caloportador es bombeado desde el tanque frío hacia la parte superior de la torre,

donde circula por el receptor. A la salida del receptor, el fluido caloportador tiene gran energía mecánica, suma de su energía cinética (originada por la velocidad dada por las bombas) y por su energía potencial (como resultado de la gran altura a la que se encuentra el receptor) .

Tras salir del receptor el fluido de trabajo baja por la torre hasta llegar al tanque caliente, dónde se almacena. Debido a la gran energía cinética acumulada a la salida de la torre, es necesario disipar una gran parte de la energía para evitar problemas y posibles daños en el sistema de almacenamiento. Por esta razón, tradicionalmente se ha utilizado un sistema de placas que produce la suficiente pérdida de presión para eliminar el exceso de energía en las tuberías.

El porcentaje de energía disipada en el sistema de caída de presión es importante y no es recuperado. La invención desarrollada en este documento muestra diversas alternativas que pueden recuperar alrededor del 70 por ciento de la energía desperdiciada en la disipación.

Al mismo tiempo, la energía recuperada puede emplearse en el bombeo del fluido hacia el receptor, disminuyendo así el autoconsumo de la planta. Esto conlleva a una mejora del rendimiento y de los beneficios de la planta.

El concepto de esta invención y su utilidad han sido desarrolladas después de tener un alto conocimiento de la operación de las planta de receptor central.

Descripción de la invención Esta invención se refiere a una planta solar tipo torre, compuesta por un receptor solar central situado en lo alto de la torre, un tanque de almacenamiento frío y otro caliente, situados en la parte inferior de la torre, y un sistema de recuperación de energía potencial que recupera parte de la energía mecánica del fluido caloportador que baja de la torre y después usa esa energía recuperada en el bombeo del fluido de trabajo hacia el receptor.

El sistema de recuperación de energía potencial está configurado para operar en paralelo al sistema receptor central -tanques, por lo que puede acoplarse o desacoplarse del sistema tradicional en cualquier momento, en casos de daño en el sistema o en procesos de bajo rendimiento y bajo ciertas circunstancias.

Por una parte, para una planta solar de torre en régimen de operación normal, un conjunto

de válvulas comunicará el sistema de recuperación de energía potencial con el resto del circuito. Por otra parte, cuando el uso del sistema de recuperación de energía potencial no sea ventajoso, las válvulas se abrirán y el sistema de recuperación de energía potencial se aislará del resto de la instalación para que la planta trabaje como lo hace actualmente.

Una planta solar de receptor central puede tener más de un sistema de recuperación de energía potencial operando en paralelo.

El sistema de recuperación de energía potencial, generalmente estará situado en la parte inferior de la torre, conectado a la tubería de bajada de fluido caliente del receptor. Además podría colocarse en cualquier punto entre el receptor y el tanque caliente de almacenamiento, o incluso en configuraciones más complejas entre el receptor y el tanque frío de almacenamiento.

El receptor está situado en la parte más elevada de la torre, suministrando al fluido térmico que circula a través de él una gran energía potencial. El objetivo del sistema de recuperación de energía potencial es recuperar la mayor cantidad posible de la energía potencial del fluido caloportador.

El sistema de recuperación de energía puede incluir: -Al menos una turbina axial o radial o al menos un pistón que recupere la energía

potencial de un fluido a otro.

Adicionalmente puede incluir: -Al menos una bomba que pueda propulsar el fluido caloportador del tanque frío hacia el

receptor.

En este caso, la bomba irá conectada mecánicamente, a través de un embrague y engranajes, a la turbina, si se colocan relativamente cerca una de otra se evitará usar sistemas de transmisión mecánica demasiado complejos. Una disposición perfecta para llevar a cabo esta unión mecánica, o cualquier otra, puede ser justo donde los conductos del fluido térmico caliente y frío se separan en la parte inferior de la torre.

El sistema de recuperación de energía potencial debe situarse en la parte inferior de la torre

en un punto previo a la descarga del fluido caliente, proveniente del receptor, en el tanque.

En el caso de una conexión magnética/eléctrica, el sistema de recuperación de energía potencial puede incluir un generador eléctrico capaz de transmitir la energía mecánica generada en la/las turbina/s o el/los pistón/es, a cualquier otro componente del sistema de la planta solar.

En el caso de operación fluidodinámica directa, el sistema de recuperación de energía potencial estará compuesto por una variedad de pistones situados entre el conducto de bajada y el de subida configurado de tal forma que el fluido caloportador del conducto de bajada (conducto caliente) mueva los pistones directamente transfiriendo su energía al fluido de trabajo (conducto frío) el cual es bombeado hacia el receptor. En este caso la distancia entre los conductos caliente y frío no será un problema porque el sistema de recuperación de energía potencial puede incluir conductos auxiliares que comuniquen dicho sistema con los conductos principales.

El objetivo del sistema de recuperación de energía potencial es reducir el autoconsumo de la planta con la consiguiente recuperación de la energía potencial del fluido, resultante de la alta diferencia de alturas existente en este tipo de tecnologías. Por lo que la eficiencia global de la planta aumentará como resultado de la reducción del consumo de los componentes. Además, en el caso de conexiones mecánicas con las bombas que propulsan el fluido del tanque frío hacia el receptor, los requerimientos de las bombas disminuirán y podrán ser capaces de operar bajo regímenes de baja demanda, incrementando así su tiempo de vida.

Breve descripción de los dibujos A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

La FIG.1 es un diagrama de bloques que describe un ejemplo de un sistema de receptor central de torre con un sistema de recuperación de energía potencial que incluye una turbina y una bomba.

FIG.2 es un diagrama de bloques que describe un ejemplo de sistema...

1. Un sistema de receptor central de torre que comprende: 1a) un receptor (30) central de torre; 1b) un tanque de almacenamiento frío (10) en una base de la torre del receptor (30) ; 1c) un tanque de almacenamiento caliente (20) en la base de la torre del receptor (30) ; 1d) una tubería de bajada (6) desde el receptor (30) ; 1e) una tubería de subida (7) hacia el receptor (30) ; caracterizado por que comprende: 1f) un sistema de recuperación de energía potencial situado en la base de la torre

configurado para recuperar parte de una energía mecánica de un fluido caloportador de una manera seleccionada entre: 1f1) bombeando un fluido caloportador hacia el receptor (30) ; 1f2) proporcionando potencia a equipos de una planta solar en cualquier tipo de

energía; 1f3) y combinaciones de las mismas.

2. Un sistema de receptor central de torre según la reivindicación 1 caracterizado por que el sistema de recuperación de energía potencial comprende: 2a) una turbina (1) seleccionada entre axial y radial configurada para ser activada por el

fluido caloportador proveniente del receptor (30) ;

2b) una bomba (2) mecánicamente unida a la turbina (1) a través de un embrague y un sistema de engranajes, configurada para bombear el fluido caloportador hacia el receptor (30) .

3. Un sistema de receptor central de torre según la reivindicación 1 caracterizado por que el sistema de recuperación de energía potencial comprende: paralelo con el sistema de receptor central de torre.

3a) una turbina (1) seleccionada entre axial y radial configurada para ser activada por el

fluido caloportador proveniente del receptor (30) ;

3b) una bomba (2) mecánicamente unida a la turbina (1) a través de un embrague y un

sistema de engranajes, configurada para bombear el fluido caloportador hacia el

receptor (30) ;

3c) medios de acoplamiento (3) configurados para permitir un

acoplamiento/desacoplamiento del sistema de recuperación de energía potencial,

garantizando un funcionamiento del sistema de recuperación de energía potencial en

4. Un sistema de receptor central de torre según la reivindicación 1 caracterizado por que el sistema de recuperación de energía potencial comprende: 5 4a) una turbina (1) seleccionada entre axial y radial configurada para ser activada por el fluido caloportador proveniente del receptor (30) ;

4b) un generador eléctrico (4) para producir electricidad conectado a la turbina (1) a través de un eje.

5. Un sistema de receptor central de torre según la reivindicación 1 caracterizado por que el sistema de recuperación de energía potencial es un sistema reversible.