PLANTA Y MÉTODO PARA AUMENTAR LA EFICIENCIA DE PRODUCCIÓN DE ENERGÍA ELECTRICA.

Planta y método para aumentar la eficiencia de producción de energía eléctrica.

La planta (10, 110) para la producción de energía eléctrica comprende una caldera de combustible (11) en la que un fluido se calienta para producir vapor de agua, una turbina (15) conectada con un generador eléctrico (16) donde se transporta dicho vapor de agua, y una unidad de condensador (19) que vuelve a condensar el fluido emitido desde la turbina para transportarse de vuelta al generador de vapor de agua. El fluido de retorno pasa a través de una unidad de precalentamiento (22) que recibe calor a partir de las purgas de vapor de agua de turbina (23) y de un campo solar termodinámico (25). Al hacer un uso adecuado del calor que se produce por el campo solar (25) y que está contenido en el fluido portador de calor que pasa a través de éste, se aumenta la eficiencia global de la planta (10, 110).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/IB2013/050928.

Solicitante: FALCK RENEWABLES SPA.

Nacionalidad solicitante: Italia.

Dirección: Corso Venezia 16 I- 20121 MILANO ITALIA.

Inventor/es: MANZONI,Piero, DI PERSICO,Lorenzo, SCAPOLO,Michele.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • F01K23/06 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F01 MAQUINAS O MOTORES EN GENERAL; PLANTAS MOTRICES EN GENERAL; MAQUINAS DE VAPOR.F01K PLANTAS MOTRICES A VAPOR; ACUMULADORES DE VAPOR; PLANTAS MOTRICES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR; MOTORES QUE UTILIZAN CICLOS O FLUIDOS DE TRABAJO ESPECIALES (plantas de turbinas de gas o de propulsión a reacción F02; producción de vapor F22; plantas de energía nuclear, disposición de motores en ellas G21D). › F01K 23/00 Plantas motrices caracterizadas por tener más de un motor suministrando energía al exterior de la planta, estando estos motores accionados por fluidos diferentes. › el calor de combustión de uno de los ciclos calienta el fluido del otro ciclo.
  • F01K25/14 F01K […] › F01K 25/00 Plantas motrices o motores caracterizados por el empleo de fluidos de trabajo no previstos en otra parte; Plantas que funcionan según un ciclo cerrado no previstas en otro lugar. › utilizando gases de evacuación industriales u otros gases de desecho.
  • F01K7/38 F01K […] › F01K 7/00 Plantas motrices a vapor caracterizadas por el empleo de tipos particulares de motores (F01K 3/02 tiene prioridad ); Plantas motrices o motores caracterizados por el empleo de vapor, ciclo de funcionamiento o proceso, especiales (motores con pistón alternativo que utilizan el principio del flujo en sentido único F01B 17/04 ); Dispositivos de regulación propios de estos sistemas, ciclos o procesos; Utilización del vapor extraído o del vapor de escape, para el precalentamiento del agua de alimentación. › siendo los motores del tipo turbina.
  • F03G6/06 F […] › F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR.F03G MOTORES DE RESORTES, DE PESOS, DE INERCIA O ANALOGOS; DISPOSITIVOS O MECANISMOS QUE PRODUCEN UNA POTENCIA MECANICA, NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR O QUE UTILIZAN UNA FUENTE DE ENERGIA NO PREVISTA EN OTRO LUGAR (disposiciones relativas a la alimentación de energía obtenida a partir de fuerzas de la naturaleza en los vehículos B60K 16/00; propulsión eléctrica de los vehículos por fuente de energía obtenida a partir de fuerzas de la naturaleza B60L 8/00). › F03G 6/00 Dispositivos productores de potencia mecánica a partir de energía solar (hornos solares F24). › con medios de concentración de energía solar.

Fragmento de la descripción:

PLANTA Y MÉTODO PARA AUMENTAR LA EFICIENCIA DE PRODUCCIÓN DE

ENERGÍA ELÉCTRICA

La presente invención se refiere a una planta y a un método para aumentar la eficiencia de la generación de energía eléctrica por medio de una turbina de vapor de agua.

En particular, la planta es del tipo con una caldera de generación de vapor de agua a la que se suministra un material combustible.

En la técnica, se conocen plantas para la producción de energía eléctrica en las que un fluido (por lo general agua) se sobrecalienta hasta el estado de vapor por medio de una caldera de combustión adecuada con el fin de ser capaz de accionar con este una turbina que está conectada con un alternador eléctrico, o turbo-alternador. El fluido, una vez que este ha pasado a través de la turbina, se condensa de nuevo y se transporta de vuelta a la caldera con el fin de repetir el ciclo. Esto forma, de este modo, el así denominado ciclo de Rankine.

Se han propuesto diversos sistemas con el fin de aumentar la eficiencia del proceso. Por ejemplo, se conoce la así denominada regeneración por medio del purgado de vapor de agua, consistiendo esta en extraer parte de la energía a partir de la turbina, usando parte del calor del fluido presente en el interior de la turbina con el fin de calentar el propio fluido después de la recondensación, con el fin de aumentar la entalpía del fluido que entra en la caldera.

Básicamente, a lo largo de la turbina hay uno o más puntos de purga que extraen parte del vapor de agua y transportan este a unos intercambiadores de calor que están dispuestos en el circuito aguas abajo con respecto al condensador principal y que calientan de este modo el fluido en el circuito de retorno a la caldera. El vapor de agua que se purga se mezcla a continuación con el fluido emitido a partir del condensador principal con el fin de mantener el circuito de fluido cerrado.

La regeneración aumenta la eficiencia del ciclo, pero extrae parte de la energía a partir de la turbina.

Además, los requisitos de la planta existente son tales que el vapor de agua ha de usarse para suministrar también otros aparatos de usuario internos y externos. Por lo tanto, puede haber un gran número de puntos de purga que se corresponde con el número de aparatos de usuario en el interior o el exterior de la planta y estos usuarios pueden ser otras máquinas o, en la mayor parte los casos, unos intercambiadores de calor que se usan para calentar otros fluidos (aire, humos de escape, aceites, etc.) útiles para el accionamiento de la planta con la totalidad de sus partes accesorias.

En la técnica, se conocen unas plantas de concentración solar termodinámica en las que

el sobrecalentamiento del fluido para impulsar la turbina se obtiene por medio de una concentración adecuada de los rayos solares. Tal como es bien sabido, estas plantas tienen la limitación obvia de la no programabilidad de la fuente de energía primaria, a saber, el sol. Con el fin de reducir el impacto negativo de la disponibilidad del sol, también se ha propuesto la combinación, con las plantas solares termodinámicas, de una caldera auxiliar que usa un combustible fósil convencional (gas metano, aceite) o una fuente alternativa renovable (biomasa y / o desechos) y sistemas para almacenar el calor producido, con el fin de garantizar una producción continua de la planta.

En estas plantas conocidas, la fuente principal es, por lo tanto, la fuente solar que se obtiene por medio de una planta de concentración solar termodinámica en combinación con un ORC (Organic Rankine Cycle, ciclo de Rankine orgánico) para la producción de energía eléctrica, y el uso de otros combustibles en la caldera auxiliar tiene el único fin de compensar la ausencia de energía solar y de garantizar la producción mínima de energía eléctrica y / o calor también en unas condiciones en las que hay una radiación solar limitada.

Por lo tanto, por lo general estos tipos de plantas combinadas se realizan simplemente como una combinación de una planta solar normal y una planta de combustible normal, funcionando una en lugar de la otra dependiendo de las condiciones de radiación solar.

No obstante, la gestión de tales plantas es complicada, en particular a causa de la necesidad de gestionar el almacenamiento de unas cantidades suficientes de calor. Además, la eficiencia de la planta nunca es satisfactoria.

El documento WO211/57881 describe una planta combinada que usa una caldera de generación de vapor de agua y un campo solar para calentar el fluido que vuelve a la caldera. No obstante, la eficiencia de una planta combinada de este tipo es aún no satisfactoria. Por ejemplo, una pérdida de irradiación sobre el panel solar da como resultado un deterioro en la eficiencia de la planta y un posible malfuncionamiento debido a la caída en la temperatura del fluido del campo solar.

También se describen unas plantas combinadas similares con unos problemas similares en el documento US29/125152 y en el documento "VERBESSERUNG FOSSILGEFEUERTER DAMPFKRAFTWERKE DURCH SOLARE WAERMEZUFUHR, de Marko A, BWK Brennstoff Warme Kraft, Springer VDI Verlag, Dusseldorf, DE - Vol. 47, N° 7 / 8 - 1 de julio de 1995.

El objeto general de la presente invención es la provisión de un método y una planta para la producción de energía eléctrica basada principalmente en una turbina de vapor de agua con el calentamiento del fluido por medio de una caldera de combustión, pero con la eficiencia del ciclo mejorado debido al uso de una instalación solar adecuada. En

particular, la caldera puede quemar, de forma ventajosa, biomasa o desechos con el fin de reducir el impacto ambiental en términos de recursos energético.

A la vista del presente objeto, la idea que se ha tenido de acuerdo con la invención es la provisión de una planta para la producción de energía eléctrica que comprende una caldera de combustible, en la que un fluido se calienta para producir vapor de agua, una turbina que está conectada con un generador eléctrico y a la que se transporta dicho vapor de agua, una unidad de condensador que vuelve a condensar el fluido emitido a partir de la turbina de tal modo que este puede transportarse de vuelta a la caldera, formando de este modo un circuito cerrado, recibiendo calor el fluido de retorno a lo largo de la trayectoria de la unidad de condensador a la caldera a partir de una unidad de precalentamiento diseñada para recibir calor tanto a partir de unas purgas de vapor de agua de turbina como a partir de un fluido portador de calor de un campo solar termodinámico. De forma ventajosa, la planta comprende un circuito en el que el fluido portador de calor del campo solar puede recibir calor residual a partir de los humos que se emiten a partir de la caldera.

Aún de acuerdo con la invención, la idea es la provisión de un método para la producción de energía eléctrica por medio de una turbina de vapor de agua en una planta que comprende una caldera de combustible en la que un fluido se calienta para producir vapor de agua, una turbina que está conectada con un generador eléctrico y a la que se transporta dicho vapor de agua, un condensador que vuelve a condensar el fluido emitido a partir de la turbina de tal modo que este puede transportarse de vuelta a la caldera, formando de este modo un circuito cerrado, en el que el fluido de retorno entre la turbina y la caldera se calienta por medio de una combinación controlada de intercambios de calor usando vapor de agua que se purga a partir de la turbina y el fluido calentado por un campo solar, con el fin de emplear, por lo menos en parte en lugar de las purgas, el calor que se produce por el campo solar cuando este se ha irradiado lo suficiente. De forma ventajosa, el fluido portador de calor del campo solar se calienta a su vez, por lo menos cuando el campo solar se irradia con un valor de irradiación menor que una cantidad previamente determinada y / o cuando la temperatura del fluido portador de calor cae por debajo de un valor previamente definido, por medio del calor residual en los humos de combustión emitidos a partir de la caldera, con el fin de mantener por lo menos un mínimo valor de temperatura dado de este fluido portador de calor del campo solar. De este modo puede conseguirse una mayor eficiencia en la producción de energía eléctrica. Con el fin de ilustrar con más claridad los innovadores principios de la presente invención y sus ventajas en comparación con la técnica anterior, en lo sucesivo se describirán unos ejemplos de realización que aplican estos principios, con la ayuda de los dibujos

adjuntos. En los dibujos:

- la figura 1 muestra una vista esquemática de una primera planta para generar energía eléctrica diseñada de acuerdo con la...

 


Reivindicaciones:

1. Planta (1, 11) para la producción de energía eléctrica que comprende una caldera de combustible (11) en la que un fluido se calienta con el fin de producir vapor de agua, una turbina (15) que está conectada con un generador eléctrico (16) y a la que se transporta dicho vapor de agua, una unidad de condensador (19) que vuelve a condensar el fluido emitido a partir de la turbina de tal modo que este puede transportarse de vuelta a la caldera, formando de este modo un circuito cerrado, recibiendo calor el fluido de retorno a lo largo de la trayectoria de la unidad de condensador (19) a la caldera a partir de una unidad de precalentamiento (22) diseñada para recibir calor tanto a partir de unas purgas de vapor de agua de turbina (23) como a partir de un fluido portador de calor de un campo solar termodinámico (25), caracterizada por que esta comprende un circuito en el que el fluido portador de calor del campo solar (25) puede recibir calor residual a partir de los humos que se emiten por la caldera (11).

2. Planta de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que la unidad de precalentamiento (22) para recibir calor comprende unos primeros intercambiadores (53, 54, 55) para el intercambio de calor entre el fluido de retorno y las purgas de vapor de agua (23) y unos segundos intercambiadores (61, 62, 63) para el intercambio de calor entre el fluido de retorno y el campo solar.

3. Planta de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada por que los primeros y los segundos intercambiadores están dispuestos en serie uno con otro.

4. Planta de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que esta comprende unas válvulas (41) para controlar las purgas y un sistema (4) para controlar la planta que está conectado con dichas válvulas (41) con el fin de controlar la reducción en la cantidad que se purga a partir de las purgas de vapor de agua de turbina (23) cuando hay un aumento en el calentamiento del fluido por medio de un intercambio de calor con el campo solar.

5. Planta de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada por que el campo solar (25) tiene un circuito de fluido portador de calor primario que pasa a través de dichos segundos intercambiadores (61, 62, 63), proporcionándose a lo largo del circuito un intercambiador adicional (32) para calentar este fluido portador de calor primario por medio de un

intercambio de calor con los humos de combustión que se emiten por la caldera (11).

6. Planta de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizada por que se proporciona una línea (67) para una recirculación controlada de dicho fluido portador de calor primario con el fin de excluir, tras el funcionamiento, el flujo de dicho fluido a través del campo solar (25).

7. Planta de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada por que los primeros intercambiadores comprenden un primer intercambiador de baja presión (53), un segundo intercambiador de baja presión (54) y un tercer intercambiador de alta presión (55), realizando cada intercambiador el intercambio de calor con una purga (23) situada cada vez más cerca de la entrada de turbina.

8. Planta de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada por que el vapor de agua que se purga a partir de la turbina y que pasa al interior del primer y el segundo intercambiadores se introduce en un condensador (5) de la unidad de condensador (19).

9. Planta de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizada por que un punto de purga adicional (23) abastece a un desgasificador (56) que está dispuesto entre el segundo y el tercer intercambiadores.

1. Planta de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizada por que el vapor de agua que se purga a partir de la turbina y que pasa al interior del tercer intercambiador (55) se introduce en el desgasificador (56).

11. Planta de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada por que la caldera comprende un horno para la combustión de biomasa con el fin de calentar, por medio de los humos producidos, el fluido que va a transportarse a la turbina.

12. Método para la producción de energía eléctrica por medio de una turbina de vapor de agua en una planta que comprende una caldera de combustible en la que un fluido se calienta para producir vapor de agua, una turbina que está conectada con un generador eléctrico y a la que se transporta dicho vapor de agua, un condensador que vuelve a condensar el fluido emitido a partir de la turbina de tal modo que este puede transportarse de vuelta a la caldera, formando de este modo un circuito cerrado, en el que el fluido de

retorno entre la turbina y la caldera se calienta por medio de una combinación controlada de intercambios de calor usando vapor de agua que se purga a partir de la turbina y el fluido portador de calor calentado por un campo solar, de tal modo que el calor que se produce por el campo solar, cuando el campo solar se ha irradiado lo suficiente, puede 5 sustituir por lo menos en parte el calor que se produce por el vapor de agua que se purga y de tal modo que el fluido portador de calor del campo solar se calienta a su vez, por lo menos cuando el campo solar se irradia mediante un valor de irradiación menor que una cantidad previamente determinada y / o cuando la temperatura del fluido portador de calor cae por debajo de un valor previamente definido, por medio del calor residual en los humos 1 de combustión emitidos a partir de la caldera, con el fin de mantener por lo menos un mínimo valor de temperatura dado de dicho fluido portador de calor del campo solar.


 

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