Central térmica solar con evaporación indirecta y procedimiento para operar una tal central térmica solar.

Central térmica solar con evaporación indirecta, que incluye al menos los siguientes componentes:

- un circuito primario (1) con un sistema de tuberías de un medio portador de calor, que incluye al menos un módulo térmico solar (5) para calentar el medio portador de calor mediante energía solar,

- un circuito secundario de vapor de agua (2) con al menos:

• una etapa de precalentamiento (11) para precalentar agua de alimentación,

• una etapa de generación de vapor (12) postconectada a la etapa de precalentamiento (11) para generar vapor,

• una etapa de sobrecalentamiento del vapor (13) postconectada a la etapa de generación de vapor (12), para sobrecalentar el vapor,

• un sistema de turbinas de vapor (21, 22, 23) conectado a través de un sistema de tuberías de vapor (18) con una salida de la etapa de sobrecalentamiento del vapor (13) y que en funcionamiento se alimenta con el vapor sobrecalentado,

• un sistema condensador (20) postconectado por el lado de salida del vapor al sistema de turbinas de vapor (21, 22, 23) para condensar el vapor y

• un sistema de tuberías de agua (19) con un tanque de agua de alimentación (40) colocado entre el sistema condensador (20) y la etapa de precalentamiento (11), y

- un generador (3) acoplado directa o indirectamente con el sistema de turbinas de vapor (21, 22, 23),

en el que el circuito primario (1) incluye un grupo intercambiador de calor con un sistema de tuberías de medio portador de calor para transmitir la energía térmica del medio portador de calor del circuito primario (1) a la etapa de sobrecalentamiento del vapor (13), la etapa de generación de vapor (12) y la etapa de precalentamiento (11) del circuito secundario de vapor de agua (2),

caracterizado porque el sistema de tuberías del medio portador de calor presenta al menos una tubería de bypass (B1, B2, B3) alrededor de la etapa de sobrecalentamiento del vapor (13) y/o la etapa de generación de vapor (12), que antes de la etapa de precalentamiento (11) se conduce de nuevo al flujo másico principal del sistema de tuberías del medio portador de calor.

CENTRAL TÉRMICA SOLAR CON EVAPORACIÓN INDIRECTA Y PROCEDIMIENTO PARA OPERAR

UNA TAL CENTRAL TÉRMICA SOLAR

La invención se refiere a una central térmica solar con evaporación indirecta, que incluye un circuito primario con un sistema de tuberías de un medio portador de calor y al menos un módulo térmico solar para calentar el medio portador de calor mediante energía solar, un circuito secundario de vapor de agua con un sistema de turbinas de vapor y un generador acoplado con el sistema de turbinas de vapor. Además se refiere la invención a un procedimiento para operar una tal central térmica solar con evaporación indirecta.

Las centrales térmicas solares representan una alternativa a la generación eléctrica tradicional procedente de la fuerza del agua, la fuerza del viento, la fuerza nuclear o combustibles fósiles. Las mismas utilizan energía de radiación solar para generar energía eléctrica y se realizan por ejemplo con colectores de canal parabólico, colectores Fresnel o receptores de torre solar como módulo térmico solar.

Tales centrales están compuestas usualmente bien por un sistema singular de circuito del fluido de trabajo, en el que un fluido de trabajo se evapora directamente en este circuito, o bien por una primera parte solar de la central para absorber la energía del sol y una segunda parte de la central más convencional con un sistema de turbinas de vapor accionado mediante un fluido de trabajo. En el segundo tipo de centrales con los sistemas de circuito separados se habla de central térmica solar con evaporación indirecta, ya que la energía solar se utiliza aquí sólo indirectamente para evaporar el fluido de trabajo.

Una central térmica solar tradicional con evaporación indirecta está compuesta básicamente por un módulo térmico solar, como por ejemplo un panel solar formado por colectores de canal parabólico, colectores Fresnel o un receptor de torre, en el que se calienta un medio portador de calor, un grupo intercambiador de calor, en el que se transmite la energía térmica del medio portador de calor a un fluido de trabajo en el circuito de vapor, como por ejemplo un circuito de vapor de agua y opcionalmente desde un acumulador térmico. En el grupo intercambiador de calor se cede la energía térmica del circuito primario usualmente en tres etapas desde el precalentador, evaporador y sobrecalentador al fluido de trabajo en el circuito de vapor. En centrales térmicas solares con evaporación indirecta se utilizan hasta ahora como medio portador de calor en el circuito primario aceites térmicos, agua, aire o sal fundida (molten salt) , utilizándose como fluido de trabajo del circuito secundario, el circuito de vapor, la mayoría de las veces agua.

Actualmente se utilizan sobre todo centrales de canal parabólico con aceite térmico como medio portador de calor, paneles de colector solar Fresnel con agua como medio portador de calor y centrales de receptor de torre con sal fundida, aire o agua como medio portador de calor. En instalaciones térmicas pueden manejarse razonablemente temperaturas de hasta 390 °C y con sal fundida de hasta 550 °C, pudiendo manejarse no obstante precisamente en receptores de torre y aire como medio portador de calor también temperaturas de hasta 1100 °C.

El sobrecalentamiento del fluido de trabajo en el circuito de vapor sirve en las centrales térmicas solares para aumentar el rendimiento de la instalación y se utiliza en el funcionamiento de turbinas de vapor para evitar que se dañen los alabes de la turbina debido a gotas de líquido condensadas que quedan en el vapor tras la etapa de generación de vapor. Actualmente, para un mejor aprovechamiento de la energía del medio portador de calor caliente en centrales térmicas solares, se trabaja con un sistema de turbinas de vapor que incluye varias turbinas de vapor. Al respecto se incluyen, en particular en centrales de canal parabólico con aceite térmico como medio portador de calor, dos o varios procesos de recalentamiento intermedio en el sistema de tuberías de vapor entre las turbinas de vapor. En este proceso de recalentamientos intermedios se conduce vapor vivo generado en la etapa de sobrecalentamiento a través de una turbina de alta presión. Antes de la entrada en la unidad de trabajo posconectada en la dirección del vapor, como por ejemplo una turbina de media presión o de baja presión, se conduce el vapor a un recalentador intermedio con uno, dos o varios intercambiadores de calor, donde de nuevo se sobrecalienta mediante medio portador de calor caliente, derivado de antes de la etapa de sobrecalentamiento.

La forma más común de circuito de los medios transmisores de calor en una central térmica solar con evaporación indirecta y recalentamiento intermedio simple se representa en la figura 1. Aquí se conduce en el grupo intercambiador de calor el aceite utilizado como medio portador de calor desde la salida del panel solar primeramente a través del sobrecalentador, a continuación a través del evaporador y al final a través del precalentador del circuito secundario. Antes del sobrecalentador se deriva adicionalmente una parte del aceite caliente y se conduce a través de una etapa de recalentamiento intermedio.

Otra posibilidad de conexión es realizar la primera etapa de recalentamiento intermedio en dos aparatos o bien recalentar el vapor una segunda vez en una segunda etapa de recalentamiento intermedio. Variantes posibles de conexión para centrales térmicas solares con evaporación indirecta y recalentamiento intermedio simple o doble se representan por ejemplo en las solicitudes de patentes de Siemens WO

2009034577 A2 y WO 2010054911 A1. Todas las variantes de conexión allí descritas se incluyen a la vez con referencia a esos documentos de patente como variantes de conexión básicas para la presente invención.

El documento US 2008/0320828 da a conocer las características del preámbulo de la reivindicación 1.

Es objetivo de la presente invención mejorar el rendimiento total de una central térmica solar con evaporación indirecta, así como un procedimiento para operar una central térmica solar del tipo citado al principio.

Este objetivo se logra por un lado mediante una central térmica solar con evaporación indirecta según la reivindicación 1 y por otro lado mediante un procedimiento para operar una central térmica solar con evaporación indirecta según la reivindicación 10.

Una central térmica solar con evaporación indirecta, tal como se describe al principio, presenta para ello al menos un circuito primario con un sistema de tuberías del medio portador de calor, un circuito secundario de vapor de agua con una etapa del precalentamiento, una etapa de generación de vapor, una etapa de sobrecalentamiento del vapor y un sistema de turbinas de vapor y un generador acoplado directa o indirectamente con el sistema de turbinas de vapor, para generar potencia eléctrica. En el circuito primario se necesita además al menos un módulo térmico solar, que durante el funcionamiento sirve para calentar el medio portador de calor que se conduce por el circuito primario mediante energía solar.

La central térmica solar correspondiente a la invención con evaporación indirecta presenta en el circuito primario un grupo intercambiador de de calor con un sistema de tuberías del medio portador de calor para transmitir energía térmica desde el medio portador de calor del circuito primario a la etapa de sobrecalentamiento del vapor, la etapa de generación de vapor y la etapa de precalentamiento del circuito secundario de vapor de agua. Para aumentar el rendimiento total de la central incluye la misma una transmisión optimizada de la energía térmica del circuito primario (circuito del campo solar) al circuito secundario (circuito del vapor de agua) , presentando el sistema de tuberías del medio portador de calor del grupo intercambiador de calor al menos una tubería de bypass alrededor de la etapa de sobrecalentamiento del vapor y/o la etapa de generación de vapor del circuito secundario. Bajo bypass ha de entenderse según la invención un sistema de tuberías en el que una parte del flujo del medio portador de calor se toma antes o después de la etapa de sobrecalentamiento del vapor del flujo másico principal del medio portador de calor, se conduce alrededor de un componente o bien un módulo o bien una etapa constructiva y se lleva antes de la etapa del precalentamiento de nuevo al flujo másico principal del medio portador de calor. El componente rodeado por el flujo o bien el módulo o etapa constructiva rodeado/a por el flujo es aquí la etapa de sobrecalentamiento del vapor (o bien el sobrecalentador de vapor) y/o la etapa de generación de vapor (o bien el generador de vapor) . Bajo la definición... [Seguir leyendo]

1. Central térmica solar con evaporación indirecta, que incluye al menos los siguientes componentes: -un circuito primario (1) con un sistema de tuberías de un medio portador de calor, que incluye al menos un módulo térmico solar (5) para calentar el medio portador de calor mediante energía solar, - un circuito secundario de vapor de agua (2) con al menos: una etapa de precalentamiento (11) para precalentar agua de alimentación, una etapa de generación de vapor (12) postconectada a la etapa de precalentamiento (11) para generar vapor, una etapa de sobrecalentamiento del vapor (13) postconectada a la etapa de generación de vapor (12) , para sobrecalentar el vapor, un sistema de turbinas de vapor (21, 22, 23) conectado a través de un sistema de tuberías de vapor (18) con una salida de la etapa de sobrecalentamiento del vapor (13) y que en funcionamiento se alimenta con el vapor sobrecalentado, un sistema condensador (20) postconectado por el lado de salida del vapor al sistema de turbinas de vapor (21, 22, 23) para condensar el vapor y un sistema de tuberías de agua (19) con un tanque de agua de alimentación (40) colocado entre el sistema condensador (20) y la etapa de precalentamiento (11) , y -un generador (3) acoplado directa o indirectamente con el sistema de turbinas de vapor (21, 22, 23) , en el que el circuito primario (1) incluye un grupo intercambiador de calor con un sistema de tuberías de medio portador de calor para transmitir la energía térmica del medio portador de calor del circuito primario (1) a la etapa de sobrecalentamiento del vapor (13) , la etapa de generación de vapor (12) y la etapa de precalentamiento (11) del circuito secundario de vapor de agua (2) , caracterizado porque el sistema de tuberías del medio portador de calor presenta al menos una tubería de bypass (B1, B2, B3) alrededor de la etapa de sobrecalentamiento del vapor (13) y/o la etapa de generación de vapor (12) , que antes de la etapa de precalentamiento (11) se conduce de nuevo al flujo másico principal del sistema de tuberías del medio portador de calor.

2. Central térmica solar según la reivindicación 1, caracterizada porque en la tubería de bypass, alrededor de la etapa de sobrecalentamiento del vapor (13) , está dispuesta una etapa adicional de sobrecalentamiento del vapor (15) y/o la etapa de generación de vapor (12) .

3. Central térmica solar según la reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque en la tubería de bypass alrededor de la etapa de generación de vapor (12) está dispuesta una etapa adicional de sobrecalentamiento del vapor (15) .

4. Central térmica solar según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el sistema de tuberías del medio portador de calor presenta una tubería alrededor de la etapa de precalentamiento (11) , en la que opcionalmente está dispuesta una etapa adicional de sobrecalentamiento del vapor (15) .

5. Central térmica solar según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el sistema de tuberías del medio portador de calor presenta una tubería adicional, que discurre alrededor de la etapa de sobrecalentamiento del vapor (13) y la etapa de generación de vapor (12) , en la que opcionalmente está dispuesta una etapa adicional de sobrecalentamiento del vapor (15) .

6. Central térmica solar según una de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizada porque la etapa adicional de sobrecalentamiento del vapor incluye al menos dos etapas de recalentamiento intermedio (16, 17) , que incluyen en cada caso opcionalmente varios equipos de recalentamiento intermedio (31, 32, 33, 34, 35, 36) .

7. Central térmica solar según una de las reivindicaciones precedentes, que presenta un acumulador térmico intermedio (7) en el circuito primario (1) y/o circuito secundario (2) .

8. Central térmica solar según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque en el circuito primario (1) están dispuestos uno o varios tanques de almacenamiento (8, 9) para el medio portador de calor flujo arriba y/o flujo abajo del módulo solar térmico (5) .

9. Central térmica solar según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque el módulo térmico solar (5) incluye uno o varios colectores solares o un campo de los mismos.

10. Procedimiento para operar una central térmica solar con evaporación indirecta, en el que: en un circuito primario (1) se calienta un medio portador de calor mediante un módulo solar térmico (5) por medio de energía solar y el medio portador de calor calentado se conduce a un grupo intercambiador de calor para transmitir la energía térmica desde el medio portador de calor a un circuito secundario (2) antes de que una vez enfriado sea introducido de nuevo alimentando el módulo solar térmico (5) , en un circuito secundario de vapor de agua (2) se precalienta en el grupo de intercambiadores de calor agua de alimentación de un tanque de agua de alimentación (40) primeramente en una etapa de precalentamiento (11) , en una etapa de generación de vapor (12) postconectada a la etapa de precalentamiento (11) se genera vapor y en una etapa de sobrecalentamiento del vapor (13) postconectada a la etapa de generación de vapor (12) se sobrecalienta el vapor, antes de que se alimente con el vapor sobrecalentado, a través de un sistema de tuberías de vapor (18) , un sistema de turbinas de vapor (21, 22, 23) acoplado directa o indirectamente con un generador (3) , condensándose a continuación el vapor que sale del sistema de turbinas de vapor (21, 22, 23) en un sistema condensador (20) transformándose en agua y conduciéndose de retorno al tanque de agua de alimentación (40) , caracterizado porque una parte del flujo del medio portador de calor del circuito primario (1) se conduce en el grupo intercambiador de calor a través de al menos una tubería de bypass alrededor de la etapa de sobrecalentamiento de vapor (13) y/o la etapa de generación de vapor (12) del circuito secundario (2) y se introduce de nuevo en el flujo másico principal antes de la etapa de precalentamiento (11) .

11. Procedimiento para operar una central térmica solar según la reivindicación 10, caracterizado porque una parte del flujo del medio portador de calor se conduce por la tubería de bypass alrededor de la etapa de sobrecalentamiento del vapor (13) a través de una etapa adicional de sobrecalentamiento del vapor (15) y/o la etapa de generación del vapor (12) .

12. Procedimiento para operar una central térmica solar según la reivindicación 10 u 11, caracterizado porque una parte del flujo del medio portador de calor se conduce por la tubería de bypass alrededor de la etapa de generación de vapor (12) a través de una etapa adicional de sobrecalentamiento del vapor (15) .

13. Procedimiento para operar una central térmica solar según una de las reivindicaciones 10 a 12, caracterizado porque una parte del flujo del medio portador de calor se conduce por una tubería alrededor de la etapa de precalentamiento (11) , en la que opcionalmente está dispuesta una etapa adicional de sobrecalentamiento del vapor (15) .

14. Procedimiento para operar una central térmica solar según una de las reivindicaciones 10 a 13, caracterizado porque adicionalmente una parte del flujo del medio portador de calor se conduce por una tubería de bypass alrededor de la etapa de sobrecalentamiento del vapor (13) y la etapa de generación de vapor (12) y se introduce de nuevo antes de la etapa de precalentamiento en el flujo másico principal, donde opcionalmente está dispuesta una etapa adicional de sobrecalentamiento del vapor (15) .

15. Procedimiento para operar una central térmica solar según una de las reivindicaciones 11 a 14, caracterizado porque la etapa adicional de sobrecalentamiento del vapor (15) se utiliza para el recalentamiento intermedio del vapor que sale de una turbina de vapor del sistema de turbinas de vapor (21, 22, 23) en una primera o segunda etapa de recalentamiento intermedio (16, 17) , antes de conducirlo a otra turbina de vapor.