Configuración de receptores solares de torre y torre con dicha configuración.

Configuración de receptores solares de torre de las utilizadas en plantas de concentración solar que cuentan con una serie de heliostatos que reflejan la radiación solar hacia receptores de baja temperatura (4),

de media temperatura (6) y de alta temperatura (3), en la que los receptores de alta (3) y media temperatura (6) se ubican en el interior de las cavidades (1) de la torre, mientras que los receptores de baja temperatura (4) se ubican en la parte exterior de la torre de forma adyacente a las aperturas de las cavidades (1). Dichas cavidades (1) se encuentran integradas dentro del perímetro de la torre y presentan distintas orientaciones.

CONFIGURACION DE RECEPTORES SOLARES DE TORRE Y TORRE CON DICHA CONFIGURACIÓN Sector técnico de la invención

La presente invención se enmarca en el campo de la tecnología solar y se refiere, en particular, a una configuración de los receptores solares en plantas de concentración solar de tecnología de torre para la producción de electricidad, de calor de proceso, de combustibles solares o para aplicación a procesos termoquímicos.

Antecedentes de la invención

En las plantas solares de energía solar termoeléctrica de torre, los receptores situados en la parte alta de una torre solar son los elementos encargados de recibir la radiación solar concentrada por el campo de heliostatos; convencionalmente, estos receptores pueden ser externos o de cavidad.

Lo receptores externos, como su nombre indica, se encuentran en contacto directo con la atmósfera, lo que en algunos casos origina perdidas por convección; sin embargo, los receptores externos pueden ser irradiados por toda su superficie.

Para reducir las pérdidas por radiación y convección, los receptores de media y alta temperatura suelen instalarse en el interior de cavidades, donde parte de la energía emitida por pérdidas es reabsorbida, gracias al aislamiento situado en las paredes de la cavidad, en los que se produce reflexión de la radiación, incidiendo dicha radiación de nuevo sobre los receptores. Sin embargo, el hecho de tener la cavidad aumenta el desbordamiento (o energía reflejada por los heliostatos hacia el receptor que no llega al mismo, por rebotar en las paredes internas o externas de la propia cavidad), por lo que aproximadamente entre un 2 y un 6% de la energía reflejada por el campo de heliostatos no llega ni siquiera al receptor. Además, en el caso de los receptores de cavidad, la irradiación del receptor se realiza por una sola cara dependiendo de cuál sea la orientación de la cavidad hacia el campo de heliostatos.

Las pérdidas más importantes en los receptores que trabajan con fluidos a media o alta temperatura son las pérdidas por radiación y convección (típicamente entre el 3 y el 10% cada una de ellas), mientras que son mínimas en receptores que trabajan con fluidos a baja temperatura.

Existe en el estado de la técnica la solicitud de patente internacional WO2012052588- A1 que define una configuración de paneles del receptor tal que permite que los paneles sean irradiados por ambas caras, convirtiéndose por tanto en un receptor externo, donde los propios paneles, constituyen las paredes de una cavidad simulada.

En una realización preferente de dicha solicitud de patente internacional, los receptores irradiados por ambas caras son los receptores de vapor sobrecalentado, mientras que los receptores de vapor saturado se encuentran entre los de vapor sobrecalentado y son irradiados por una sola cara.

En la solicitud WO2013079744 se divulga una configuración de receptores de cavidad en la que cada cavidad cuenta con un receptor destinado a la producción de vapor sobrecalentado y otro para la producción de vapor saturado, situándose preferentemente el receptor de vapor sobrecalentado por encima del receptor de vapor saturado. Entre las diferentes cavidades, las paredes de separación se encuentran recubiertas de aislante para impedir el calentamiento de éstas por la radiación que no alcanza el receptor por pérdidas por desbordamiento, lo que supone además una mayor inversión en el receptor.

Tanto en la patente anteriormente mencionada como en la solicitud WO2010146201 A1, las cavidades en las que se ubican los receptores se encuentran en voladizo, saliendo del perímetro de la torre (a modo de balcones).

Con el fin de maximizar la eficiencia de los receptores (ratio que se calcula como calor absorbido por el fluido dividido entre energía reflejada por el campo solar que llega a los receptores), la presente invención describe una configuración de receptores mixta que permite aprovechar las ventajas de los dos tipos de receptores (externo y cavidad) y minimizar los inconvenientes de éstos.

Descripción de la invención

La invención se refiere a una configuración de los receptores solares de torre de una planta de concentración de energía solar termoeléctrica, en la que la que el elemento concentrador es un campo de helióstatos que concentra la radiación solar sobre uno o varios receptores situados en la parte superior de la torre.

El fluido caloportador (agua, sales fundidas, aceite o cualquier otro) que circula por los receptores es bombeado hasta el nivel más alto de la torre, donde es calentado en los receptores hasta muy altas temperaturas (típicamente entre 400 y 700°C) con el fin de tener un ciclo termodinámico de conversión calor-electricidad muy eficiente.

En la presente invención se propone una configuración de receptores solares de torre que combina las ventajas del receptor de cavidad (menores pérdidas por radiación y convección) y las ventajas de los receptores externos (menores pérdidas por desbordamiento). Además, las cavidades son metálicas y no sobresalen del perímetro de la torre como en las torres convencionales, sino que se integran en el área comprendido o delimitado por el perímetro de la torre.

La configuración de receptores solares de torre, la cual comprende receptores de baja temperatura, de media temperatura y de alta temperatura, se caracteriza porque los receptores de alta y media temperatura se ubican en el interior de las cavidades de la torre, mientras que los receptores de baja temperatura se ubican en la parte exterior de la torre, en el perímetro de la misma y de forma adyacente a las cavidades. Además, dichas cavidades se encuentran integradas dentro del perímetro de la torre, es decir, no se encuentran en forma de balcón o voladizo, y presentan distintas orientaciones.

En una planta de generación de vapor, los receptores de alta temperatura se denominan sobrecalentadores, los de media, evaporadores y las de baja, precalentadores.

Los receptores están formados por paneles. Preferiblemente, cada receptor de media y alta temperatura está formado por cuatro paneles y cada receptor de baja temperatura está formado por un único panel.

Dentro de cada cavidad, el receptor de alta temperatura se encuentra preferiblemente situado por encima del receptor de media temperatura.

Los receptores de media y alta temperatura, ubicados en las cavidades, están orientados preferiblemente en una dirección cardinal (Norte, Sur, Este y Oeste), mientras que los de baja temperatura, ubicados en el exterior de la torre y de forma adyacente a la apertura de las cavidades, están orientados en direcciones intermedias (Noreste, Noroeste, Sureste, Suroeste)

Preferiblemente, los receptores de baja temperatura forman con respecto a la pared de la cavidad adyacente un ángulo de entre 75° y 105°, tal que permite maximizar la energía absorbida a la vez que se consigue la máxima eficiencia. Asimismo, la máxima eficiencia se consigue minimizando el área del receptor, consiguiendo que los receptores de baja temperatura situados en el exterior, entre dos cavidades, solapen entre sí (así no habrá energía que no incide en paneles). El óptimo en cuanto a tamaño y disposición angular de los receptores de baja temperatura se consigue por, tanto, haciendo que éstos tengan un extremo lateral situado en el extremo de la cavidad propia adyacente, y el otro extremo pegado o en contacto al extremo lateral de otro receptor solar de baja temperatura situado al lado. El hecho de optimizar el tamaño de los receptores solares de baja temperatura no sólo permite maximizar la eficiencia sino también minimizar el precio de dichos paneles, puesto que se requiere menor material durante su fabricación.

En esta configuración novedosa el fluido que viene de la bomba a relativamente baja

temperatura (entre 110°C y 160 °C) es conducido hasta receptores de baja temperatura situados en el exterior y de forma adyacente a la apertura de las cavidades. Como en estos receptores de baja temperatura el fluido se va a calentar hasta temperaturas inferiores a los 270°C, las pérdidas por radiación y convección serán bajas. En cambio, la ganancia de energía es muy elevada, ya que en estos receptores el fluido se calienta con la energía que proviene del desborde que se produce en las cavidades donde se encuentran los receptores de media y alta temperatura (evaporadores y sobrecalentadores respectivamente en el caso de una central solar que genere vapor). De esta manera se aprovecha más del 90% de la energía que antes se perdía por desborde.

Con esta configuración de receptores se mejoran las eficiencias típicas de receptores en cavidad de altas temperaturas entre un 2 y un 7%, puesto que se eliminan...

1.- Configuración de receptores solares de torre enfocada por heliostatos (H) que comprende receptores de baja temperatura (4), receptores de media temperatura (6), receptores de alta temperatura (3) y unas cavidades (1), estando caracterizada dicha configuración por que:

- los receptores de alta temperatura (3) y los receptores de media temperatura (6) están ubicados en el interior de las cavidades (1);

- el receptor de baja temperatura (4) se ubica en el exterior de la torre y de forma adyacente a las cavidades (1);

- las cavidades (1) están integradas dentro del perímetro (5) de la torre y presentando distintas orientaciones.

2.- Configuración de receptores solares de torre de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que cada receptor de baja temperatura (4) comprende un primer extremo lateral situado en el extremo de una cavidad (1) y un segundo extremo lateral situado en contacto con un primer extremo lateral de otro receptor de baja temperatura (4).

3.- Configuración de receptores solares de torre de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que las cavidades (1) son de acero.

4 - Configuración de receptores solares de torre de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que, dentro de una misma cavidad (1), los receptores de alta temperatura (3) se encuentran situados por encima de los receptores de media temperatura (6).

5.- Configuración de receptores solares de torre de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que los receptores de media (6) y alta temperatura (3) ubicados en las cavidades están orientados en direcciones cardinales: Norte, Sur, Este y Oeste, mientras que los de baja temperatura (4) ubicados en el exterior de la torre están orientados en direcciones intermedias: Noreste, Noroeste, Sureste, Suroeste.

6.- Configuración de receptores solares de torre de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que los receptores de baja temperatura (4) forman un ángulo con la pared de la cavidad (1) adyacente de entre 75°-105°.

7.- Configuración de receptores solares de torre de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que los receptores de baja temperatura (4) están formados por tubos verticales con diámetros entre los 40 y 70 mm.

8.- Configuración de receptores solares de torre de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizada por que cada receptor de baja temperatura (4) está formados por un único panel, mientras cada receptor de alta temperatura (3) y de media temperatura (6) está formado por cuatro paneles.

9.- Configuración de receptores solares de torre de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizada por que incluye un calderín en la parte central y más alta de la torre, situado entre 10 y 30 m por encima de los receptores solares de media temperatura (6).

10.- Configuración de receptores solares de torre de acuerdo con la reivindicación 1,

caracterizada por que comprende cuatro receptores de alta temperatura (3) y cuatro receptores de media temperatura (6), ubicados dos a dos en cuatro cavidades (1) diferentes, así como ocho receptores de baja temperatura (4) que se encuentran situados en el exterior de la torre y adyacentes a las aperturas de las cavidades (1),

de forma que entre dos cavidades distintas se sitúan dos receptores de baja temperatura (4).

11.- Torre solar que comprende una configuración de receptores como la descrita en cualquiera de las reivindicaciones anteriores.