BR102015017204A2 - Usina de geração de energia integrando receptor de energia solar concentrada e trocador de calor pressurizado - Google Patents

Abstract

"usina de geração de energia integrando receptor de energia solar concentrada e trocador de calor pressurizado" trata-se de uma usina de energia que inclui um receptor solar aquecendo partículas sólidas, um tubo de descida recebendo partículas sólidas a partir do re-ceptor solar, um trocador de calor pressurizado aquecendo o fluido de trabalho por transferência de calor através do contato direto com partículas sólidas aquecidas fluindo para fora da parte inferior do tubo de descida, e um caminho de fluxo para partículas sólidas a partir da parte inferior do tubo de descida para o trocador de ca-lor pressurizado que é vedado por uma pressão p produzida na parte inferior do tubo de descida por uma coluna de partículas sólidas aquecidas de altura h. o caminho de fluxo pode incluir um silo ou tanque de compensação compreendendo um vaso de pressão conectado à parte inferior do tubo de descida, e uma válvula não-mecânica. a usina de energia pode adicionalmente inclui uma turbina acionada pelo fluido de trabalho aquecido descarregado a partir do trocador de calor pressurizado, e um compressor acionado pela turbina.

Description

(54) Título: USINA DE GERAÇAO DE ENERGIA INTEGRANDO RECEPTOR DE ENERGIA SOLAR CONCENTRADA E TROCADOR DE CALOR PRESSURIZADO (51) Int. Cl.: F03G 6/06; F28D 5/00; F22B 1/02 (30) Prioridade Unionista: 17/07/2014 US 14/333.940 (73) Titular(es): BABCOCK & WILCOX POWER GENERATION GROUP, INC.

(72) Inventor(es): BARTEV B SAKADJIAN; THOMAS J FLYNN; SHENGTENG HU; LUIS G VELAZQUEZ-VARGAS; MIKHAIL

MARYAMCHIK.

(74) Procurador(es): EDUARDO OTERO (57) Resumo: USINA DE GERAÇÃO DE ENERGIA INTEGRANDO RECEPTOR DE ENERGIA SOLAR CONCENTRADA E TROCADOR DE CALOR PRESSURIZADO Trata-se de uma usina de energia que inclui um receptor solar aquecendo partículas sólidas, um tubo de descida recebendo partículas sólidas a partir do re-ceptor solar, um trocador de calor pressurizado aquecendo o fluido de trabalho por transferência de calor através do contato direto com partículas sólidas aquecidas fluindo para fora da parte inferior do tubo de descida, e um caminho de fluxo para partículas sólidas a partir da parte inferior do tubo de descida para o trocador de ca-lor pressurizado que é vedado por uma pressão P produzida na parte inferior do tubo de descida por uma coluna de partículas sólidas aquecidas de altura Η. O caminho de fluxo pode incluir um silo ou tanque de compensação compreendendo um vaso de pressão conectado à parte inferior do tubo de descida, e uma válvula não-mecânica. A usina de energia pode adicionalmente inclui uma turbina acionada pelo fluido de trabalho aquecido descarregado a partir do trocador de calor pressurizado, e um compressor acionado pela turbina.

1/32 “USINA DE GERAÇÃO DE ENERGIA INTEGRANDO RECEPTOR DE ENERGIA SOLAR CONCENTRADA E TROCADOR DE CALOR PRESSURIZADO” [001] O Governo dos Estados Unidos pode deter certos direitos sobre esta invenção de acordo com o número de contrato DE-AC36-08GO28308 entre o United States Department of Energy e a Alliance For Sustainable Energy, LLC. A presente invenção foi desenvolvida sob o subcontrato ZGJ-3-23315-01 entre a Alliance For Sustainable Energy, LLC. e o Babcock & Wilcox Power Generation Group, Inc. sob o número de contrato DE-AC36-08GO28308.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [002] A descrição que se segue diz respeito a técnicas de geração de energia, técnicas de geração de energia solar concentrada, técnicas de trocador de calor pressurizado e a técnicas relacionadas.

[003] Uma tecnologia de geração de energia conhecida é a energia solar concentrada (CSP), que, em um design, inclui um campo heliostático concentrando energia solar em um receptor solar (tipicamente montado em torre). As partículas sólidas granulares fluem através do receptor solar, e absorvem energia da luz concentrada e, dessa forma, são aquecidas. As partículas quentes fluindo são alimentadas a uma caldeira de leito fluidizado para gerar fluido de trabalho sob pressão elevada para acionar uma turbina de gerador elétrico. Alguns desses concentradores solares são descritos, a título de exemplo ilustrativo não-limitante, em Ma, Pub. US. N² 2013/0257056 A1 publicada em 3 de outubro de 2013, a qual é incorporada neste para fins de referência em sua totalidade, e em Ma et al., Pub. US. N² 2013/0255667 A1, publicada em 3 de outubro de 2013, a qual é incorporada neste para fins de referência em sua totalidade, e em Maryamchik et al., “Concentrated Solar Power SolidsBased System”, N² de Série U.S. 14/250,160, depositada em 10 de abril de 2014, a qual é incorporada neste para fins de referência em sua totalidade.

BREVE SUMÁRIO DA INVENÇÃO

2/32 [004] Em alguns aspectos revelados aqui, uma usina de energia compreende um receptor solar configurado para aquecer partículas sólidas, um tubo de descida estendendo-se para baixo a partir do receptor solar para receber partículas sólidas do receptor solar, o tubo de descida tendo uma altura suficiente para suportar uma coluna de partículas sólidas aquecidas de altura H, um trocador de calor pressurizado configurado para operar a uma pressão elevada maior do que a pressão atmosférica para aquecer o fluido de trabalho circulando através do trocador de calor pressurizado por transferência de calor a partir das partículas sólidas aquecidas fluindo para fora da parte inferior do tubo de descida, e um caminho de fluxo para partículas sólidas a partir da parte inferior do tubo de descida até o trocador de calor pressurizado que é configurado para ser vedado por uma pressão P produzida na parte inferior do tubo de descida por uma coluna de partículas sólidas aquecidas da altura H.. O trocador de calor pressurizado pode compreender um trocador de calor de leito fluidizado pressurizado. O caminho de fluxo pode incluir um silo ou tanque de compensação compreendendo um vaso de pressão conectado à parte inferior do tubo de descida. O caminho de fluxo pode incluir uma válvula não-mecânica que não possui partes móveis e que opera por agitação das partículas sólidas na válvula pelo fluxo do fluido de trabalho. A usina de energia pode adicionalmente incluir uma turbina operativamente conectada ao trocador de calor pressurizado para ser acionada pelo fluido de trabalho aquecido descarregado pelo trocador de calor pressurizado, e um compressor acionado pela turbina para acionar o fluido de trabalho através do trocador de calor pressurizado para definir um ciclo termodinâmico acionado pelo menos em parte pela energia solar concentrada (CSP) compreendendo energia térmica depositada nas partículas sólidas aquecidas pelo receptor solar. Em algumas concretizações, o compressor acionado pela turbina para acionar o fluido de trabalho através do trocador de calor pressurizado define um ciclo de Brayton acionado pelo menos em parte pela CSP compreendendo energia térmica depositada nas partículas

3/32 sólidas aquecidas pelo receptor solar. Em algumas concretizações, a pressão P produzida na parte inferior do tubo de descida por uma coluna de partículas sólidas aquecidas da altura H é de pelo menos 5 atm.

[005] Em alguns aspectos revelados aqui, um método compreende; aquecer partículas sólidas em um receptor solar; formar partículas sólidas aquecidas descarregadas pelo receptor solar em uma pilha de altura H por gravidade alimentadas pelo receptor solar; transferir partículas sólidas da parte inferior da pilha de altura H para um trocador de calor pressurizado, em que a transferência inclui vedar contra a pressão do gás no trocador de calor pressurizado pela pressão produzida pelo peso da pilha de altura /7; e, no trocador de calor pressurizado, transferir o calor das partículas sólidas para um fluido de trabalho a uma pressão elevada de pelo menos 5 atm. O método pode adicionalmente compreender acionar uma turbina usando o fluido de trabalho aquecido pela transferência de calor a partir das partículas sólidas no trocador de calor pressurizado, e circular o fluido de trabalho através do trocador de calor pressurizado usando um compressor acionado pela turbina, pelo que um ciclo termodinâmico é definido, o qual é acionado pelo aquecimento das partículas sólidas no receptor solar. O fluido de trabalho aquecido pela transferência de calor a partir das partículas sólidas no trocador de calor pressurizado pode ser adicionalmente aquecido por um processo de combustão, que adicionalmente aciona o ciclo termodinâmico.

[006] Nos aspectos adicionais aqui revelados, um sistema baseado em sólidos de energia solar concentrada compreende: um receptor solar configurado para aquecer um meio sólido granulado compreendendo partículas sólidas granuladas; um armazenamento de sólidos aquecidos pressurizado configurado para armazenar o meio sólido granulado após aquecimento pelo receptor solar; um trocador de caior pressurizado configurado para transferir calor a partir do meio sólido granulado para um meio gasoso; um caminho de fiuxo conectado para alimentar o meio sólido gra4/32 nulado aquecido pelo receptor solar para o trocador de calor pressurizado; um compressor conectado para alimentar o meio gasoso para o trocador de calor pressurizado; um transportador configurado para transportar o meio sólido granulado após a transferência de calor para o meio gasoso no trocador de calor pressurizado a partir do trocador de calor pressurizado para o receptor solar; uma turbina a gás operativamente conectada para ser acionada pelo meio gasoso aquecido no trocador de calor pressurizado; e um tubo de descida disposto no caminho do meio sólido granulado a partir do receptor solar para o armazenamento de sólidos aquecido pressurizado. O tubo de descida tem uma altura suficiente para reter uma pilha de meio sólido granulado de altura H que é suficiente para proporcionar uma vedação contra a pressão no armazenamento de sólidos aquecidos. Em algumas concretizações, a extremidade inferior do tubo de descida é pelo menos parcialmente circundado pelo armazenamento de sólidos aquecidos pressurizado, pelo menos um bocal fluidizante está localizado no armazenamento de sólidos aquecidos pressurizado. Em algumas concretizações, o trocador de calor pressurizado compreende uma pilha de bandejas, cada bandeja suportando um leito de sólidos, as bandejas conectadas para permitir que o meio sólido granulado flua para baixo através das bandejas e o meio gasoso flua para cima através das bandejas.

[007] Estes e outros aspectos e/ou objetivos não-limitantes da revelação são descritos mais particularmente a seguir.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [008] A invenção pode assumir forma em vários componentes e disposições de componentes, e em várias operações de processo e disposições de operações de processo. Os desenhos servem somente para fins de ilustrar concretizações preferidas e não devem ser interpretados como limitação à invenção. A presente revelação inclui os seguintes desenhos.

[009] As FIGURAS 1 a 3 ilustram diagramaticamente concretizações da usi5/32 na de geração de energia ilustrativa.

[010] As FIGURAS 4 a 7 ilustram diagramaticamente leitos de trocador de calor fluidizados pressurizados usados adequadamente nas usinas de geração de energia das FIGURAS 1 A 3.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS CONCRETIZAÇÕES PREFERIDAS [011] Um entendimento mais completo dos processos e aparelhos aqui revelados pode ser obtido por referência aos desenhos acompanhantes. Essas figuras são meramente representações esquemáticas baseadas na conveniência e na facilidade de demonstrar a técnica existente e/ou a presente revelação, e, portanto, não pretendem indicar o tamanho e dimensões relativas dos conjuntos ou componentes dos mesmos.

[012] Embora sejam usados termos específicos na descrição a seguir para fins de clareza, esses termos pretendem se referir apenas à estrutura particular das concretizações selecionadas para ilustração nos desenhos, e não pretendem definir ou limitar o âmbito da revelação. Nos desenhos e na descrição a seguir abaixo, compreende-se que designações numéricas similares se referem a componentes de função similar.

[013] As formas singulares “um”, “uma”, “o” e “a” incluem referentes plurais, salvo indicado explicitamente o contrário.

[014] Um valor modificado por um termo ou termos, tal como “aproximadamente” e “substancialmente”, pode não ser limitado ao valor preciso especificado.

[015] Deve-se notar que muitos dos termos usados aqui são termos relativos. Por exemplo, os termos “interior”, “exterior”, “intero” e “externo” são relativos a um centro, e não devem ser interpretados como exigindo uma orientação ou localização particular da estrutura.

[016] Os termos “horizontal” e “vertical” são usados para indicar a direção em relação a uma referência absoluta, isto é, nível do solo, No entanto, esses termos

6/32 não devem ser interpretados como exigindo que as estruturas sejam absolutamente paralelas ou absolutamente perpendiculares umas às outras. Por exemplo, uma primeira estrutura vertical e uma segunda estrutura vertical não são necessariamente paralelas uma à outra.

[017] O termo “plano” é usado aqui para indicar geralmente um nível comum, e deve ser interpretado como referindo-se a um volume, não como uma superfície plana.

[018] Na medida que explicações de certas terminologias ou princípios das técnicas de receptor solar, caldeira e/ou geradores a vapor podem ser necessárias para a compreensão da presente revelação, o leitor deve consultar Steam/its generation and use, 40th Edition, Stultz and Kitto, Eds., Copyright 1992, The Babcock & Wilcox Company, e Steam/its generation and use, 41 st Edition, Kitto and Stultz, Eds., Copyright 2005, The Babcock & Wilcox Company, cujos textos são por meio deste incorporados para fins de referência como se totalmente apresentados neste.

[019] Com referência à FIGURA 1, uma usina de energia combina um sistema de energia solar concentrada (CSP) com um trocador de calor de leito fluidizado pressurizado e um combustor adicional opcional para gerar ar comprimido (ou outro fluido de trabalho sob pressão elevada, tal como vapor) para acionar uma turbina a gás. Um receptor solar 1 recebe fluxo térmico de um campo heliostático (não ilustrado) circundando o receptor solar 1. Para proporcionar uma linha de visão direta com os heliostatos, o receptor solar 1 pode ser suportado em uma posição elevada, por exemplo, em uma torre 16 que pode, por exemplo, estar em centenas de pés em elevação, embora elevações maiores ou menores sejam contempladas. O fluxo térmico a partir do campo heliostático aquece partículas sólidas no receptor solar 1. O receptor solar é projetado para aquecer partículas sólidas a uma temperatura quente desejada, por exemplo, contemplada em algumas concretizações como sendo da ordem de 800°C ou maior. Alguns projetos de receptores solares adequados são

7/32 revelados, a título de exemplo ilustrativo não-limitante, em Ma, Pub. US. N2013/0257056 A1 publicada em 3 de outubro de 2013, a qual é incorporada neste para fins de referência em sua totalidade, e em Ma et al., Pub. US. N- 2013/0255667 A1, publicada em 3 de outubro de 2013, a qual é incorporada neste para fins de referência em sua totalidade, e em Maryamchik et al., “Concentrated Solar Power SolidsBased System”, N^e de Série U.S. 14/250,160, depositada em 10 de abril de 2014, a qual é incorporada neste para fins de referência em sua totalidade. Em uma concretização adequada (ilustrada na inserção na FIGURA 1), o receptor solar 1 compreende um volume anular Va através do qual partículas sólidas granulares fluem para baixo, que adicionalmente incluem tubos de canalização de luz T_L (ilustrado no rebaixo pelo corte parcial do volume anular Va) contendo aberturas Ta na superfície externa do volume anular para receber luz do campo heliostático e estendendo-se para dentro do volume anular V_A de modo que as partículas sólidas granulares fluindo para baixo passem pelos tubos de canalização de luz para absorver energia térmica solar. Após passar para baixo através do receptor solar 1, as partículas aquecidas são coletadas em um coletor de sólidos 2. A FIGURA 1 ilustra diagramaticamente este coletor 2; em algumas concretizações, o coletor 2 é um elemento anular de modo a coletar partículas a partir de toda a circunferência do receptor solar anular 1.

[020] O receptor solar 1 e o coletor 2 não são componentes pressurizados, e operam sob pressão atmosférica. O coletor 2 é conectado em sua porta inferior por alimentação por gravidade a um tubo de descida 3 que, por sua vez, alimenta por gravidade para um silo quente 4, que serve como um reservatório que proporciona armazenamento de energia térmica para facilitar a operação da usina após o pôr-dosol. Adicionalmente, no entanto, o tubo de descida 3 proporciona pressurização às partículas em sua extremidade inferior, isto é, no silo quente 4. A vedação por pressão entre o receptor solar 1 e o armazenamento de sólidos quentes (por exemplo, silo 4) é proporcionada por uma coluna de partículas sólidas no tubo de descida 3. A

8/32 vedação por pressão é em função da altura da coluna de partículas sólidas no tubo de descida 3, da temperatura de operação, do material das partículas e das propriedades geométricas (por exemplo, fator de empacotamento) das partículas. Uma vedação adequada é proporcionada assegurando-se de que as partículas sólidas movam o tubo para baixo no regime de leito fluidizado, isto é, sem fluidizar as partículas no tubo de descida. A fluidização iniciaria quando a pressão do gás sob a pilha de sólidos se torna igual à pressão do peso desses sólidos, que é uma razão do peso dos sólidos para a área plana da pilha. Portanto, quanto maior a pressão do gás (ar) desejada para a operação da turbina, maior deverá ser a pilha de sólidos para proporcionar a vedação por pressão.

[021] Para esse fim, o fluxo das partículas sólidas granuladas através da usina de energia, e em particular entre o coletor 2 e o silo quente 4, é controlado de modo a manter uma coluna de partículas sólidas no tubo de descida 3 em uma altura (designada aqui sem perda de generalidade como /7) que é suficiente para proporcionar a pressão desejada na parte inferior do tubo de descida 3. Tratando as partículas sólidas granuladas como um meio quase fluido (em que o termo “quase fluido”, como usado aqui, indica que as partículas sólidas granuladas estão sendo tratadas como um fluido, por exemplo, contendo certa pressão, taxa de fluxo, e assim por diante, para fins de descrição ou análise, embora negligencie a natureza granular distinta das partículas), a altura necessária para proporcionar uma determinada pressão é dada por ^P 9^p0t)dh θ^θ _ace|_eraç_ao gravitacional (tipicamente 9.81 m/s²) e pW é a densidade da partícula sólida quase fluida em elevação (isto é, altura) h ao longo da coluna. Em geral, pOú podería variar com a elevação devido à compressão - se a partícula sólida quase fluida for tratada como um fluido incompressível, então a pressão ^p = Pfi^H . Dessa maneira, o reservatório de partículas quentes no silo quente 4 é mantido na pressão desejada p, e como consequência, o silo quente 4 é construído adequadamente como um vaso de pressão projetado para

9/32 conter as partículas quentes na pressão p.

[022] Com referência continuidade à FIGURA 1, as partículas quentes coletadas e mantidas na pressão P no silo quente 4 são transferidas a um trocador de calor pressurizado 6 também projetado para operar à pressão P (ou relativamente próximo a esta). Em geral, esta transferência poderia ser realizada usando uma válvula mecânica convencional contendo um atuador de válvula acionado por motor ou acionado pneumaticamente. No entanto, tal válvula pode potencialmente exibir baixa confiabilidade devido a fatores, tal como a alta temperatura e a pressão das partículas sólidas e a natureza granulada da partícula sólida quase fluida. Por conseguinte, em uma concretização preferida, a transferência de partículas sólidas quentes a partir do silo quente 4 para o trocador de calor pressurizado 6 é realizada usando uma válvula não-mecânica, tal como uma válvula-L ilustrativa 5, que não tem partes móveis e opera baseado na agitação das partículas sólidas na válvula pelo fluxo de ar ou outro fluido de trabalho. Em vez da válvula-L ilustrativa, outra válvula nãomecânica, tal como uma válvula-J, também pode ser usada. A válvula-L ilustrativa 5 vantajosamente permite que o fluxo de partículas sólidas através da válvula-L 5 seja regulado enquanto mantendo simultaneamente uma vedação por pressão por meio do ajuste da vazão do ar de aeração para a válvula-L 5. A válvula-L 5 proporciona um controle independente do fluxo de sólidos através do trocador de calor de leito fluidizado 6 para otimizar o desempenho térmico do trocador de calor 6. Embora o controle de fluxo de sólidos através do trocador de calor seja acionado pela demanda de carga da usina, o fluxo de sólidos através do receptor solar é mantido em correspondência com a atividade solar. Este fluxo de sólidos é regulado mediante o ajuste da velocidade dos transportadores 12, 13 que erguem as partículas sólidas a partir da descarga de um silo frio 11 para o topo do receptor solar 1.

[023] O trocador de calor pressurizado 6 extrai o calor das partículas quentes para o ar pressurizado fluindo através do trocador de calor 6. Nos leitos fluidizados

10/32 típicos, a transferência de calor entre os sólidos e os meios aquecidos, tal como vapor, ocorre através da superfície de absorção de calor, tais como tubos. Os requisitos para proporcionar espaço suficiente para colocar superfície de aquecimento adequada dentro do leito ditam a altura do leito e a área piana. Em contrapartida, no trocador de calor pressurizado 6 ilustrativo, o contato direto do ar e das partículas proporciona boa transferência térmica com requisitos de volume de leito significativamente menores. Isso permite uma redução significativa na altura de leito necessária, e elimina a necessidade de área plana/volume de leito associada à superfície do leito (em que a transferência de calor indireta é aplicada). Essas modificações levam a economias de custo e, ao mesmo tempo, reduzem o arrastamento de sólidos. A operação do trocador de calor 6 a uma pressão elevada (isto é, acima da pressão atmosférica, em algumas concretizações, 10-20 atm, mas não se limita a este intervalo) permite uma redução adicional na área plana, e, consequentemente, uma redução significativa no custo.

[024] Ao realizar a transferência de calor por meio do contato direto entre o ar e as partículas sólidas quentes, o trocador de calor 6 eleva a temperatura do ar (ou, de forma mais geral, algum outro fluido de trabalho, tal como gás ou vapor) a uma temperatura alta desejada (700°C ou maior em algumas concretizações contempladas) sem a necessidade de partes de pressão/superfície de leito de liga metálica de alto custo.

[025] Em uma concretização ilustrativa, o trocador de calor 6 é um Trocador de Calor de Leito Fluidizado Pressurizado (PFB-HX), que compreende um vaso de pressão projetado para operar a pressões elevadas de modo a funcionar com um ciclo de Brayton desejado. Por exemplo, a pressão do vaso pode ser da ordem de 10-20 atm (mas não se limita apenas a este intervalo). Concomitantemente, a pressão P produzida pela coluna de partículas sólidas no tubo de descida 3 está na mesma faixa, por exemplo, pelo menos 5 atm em algumas concretização, e está na

11/32 faixa de 10 a 20 atm em algumas concretizações, de modo que as partículas sólidas quase fluidas que entram estejam em uma pressão comparável à do trocador de calor 6. Isto evita a necessidade de um sistema do tipo tremonha de retenção para introduzir as partículas sólidas na câmara mantendo, ao mesmo tempo, uma vedação por pressão, que seria difícil de implementar uma vez que as partículas estão em temperatura elevada e, de preferência, possuem grande fluxo volumétrico. Para lidar com essas temperaturas e volumes de fluxo, as válvulas de uma tremonha de retenção precisariam lidar com sólidos quentes e também precisariam comutar rapidamente. Na usina de energia da FIGURA 1 ilustrativa, o uso de válvulas mecânicas (tal como no sistema do tipo tremonha de retenção) na entrada do trocador de calor pressurizado 6 é evitado. Em vez disso, a vedação de pressão é obtida permitindo que o sistema construa o nível de sólidos no tubo de descida 3, de modo a gerar a pressão P na parte inferior do tubo de descida 3.

[026] O tubo de descida 3 (ou pelo menos sua extremidade inferior), o silo quente 4 e a válvula L 5 estão a uma pressão elevada. Portanto, esses componentes 3, 4, 5 são construídos adequadamente como vasos de pressão capazes de suportar a pressão de projeto P. A vedação por pressão que pode ser alcançada usando o tubo de descida 3 é em função da altura do tubo de descida 3, da temperatura de operação e do(s) material(is) compreendendo as partículas sólidas granuladas. O(s) material(is) das partículas são escolhidos de forma a proporcionar as propriedades de transferência de calor desejadas, fluxibilidade, características de fluidização e estabilidade à temperatura de operação elevada do receptor solar 1 e do trocador de calor 6. A densidade de partícula também afeta a pressão P alcançada por uma coluna de partículas sólidas de altura H no tubo de descida 3, uma vez que a densidade quase fluida p depende tanto da densidade das partículas sólidas quanto do fator de empacotamento das partículas. (Por exemplo, se as partículas tiverem uma densidade Pd com um fator de empacotamento PF que é menor do que um, por

12/32 exemplo, PF = 0,74 para uma estrutura compacta de partículas esféricas, então a densidade das partículas sólidas quase fluidas é P = Pd><PF ). Alguns materiais adequados para as partículas sólidas granuladas incluem, sem a isto se limitar, areia, areia com alto teor de sílica, quartzo, alumina, silicatos de alumino, sílex calcinado, materiais do tipo argila, minerais, tal como hematita, ilemenita, materiais do tipo refratário, tal como zircônia, titânia, zircônia / titânia contendo partículas, entre outros, e várias misturas dos mesmos. Como um exemplo ilustrativo, a ilemenita oferece propriedades vantajosas ao mesmo tempo em que também possui densidades de partícula maiores do que a areia ou a areia com alto teor de sílica, produzindo uma densidade quase fluida superior p e, consequentemente, uma altura de coluna mais curta H para alcançar uma dada pressão P na parte inferior do tubo de descida 3.

[027] Continuando com referência à FIGURA 1, o ar aquecida saindo do trocador de calor 6 flui para a estação da turbina. Antes de entrar na turbina 9, os particulados que ainda podem estar presentes no ar são preferivelmente removidos em um componente de controle de particulado 7. Medidas de design também podem ser tomadas para reduzir a concentração dos particulados aprisionados no ar que sai do trocador de calor 6. Por exemplo, a velocidade do ar no trocador de calor 6 pode ser controlada, e/ou uma zona de desengate proporcionada acima do leito, de modo a remover particuladas entranhadas. O controle do atrito e a geração de sólidos finos também é um aspecto do design para supressão de particulados, assim como a seleção do material de partícula. O particulado restante que é carregado pelo ar quente que sai do trocador de calor 6 é, de preferência, limpo usando o componente de controle de partícula 7, que pode, por exemplo, compreender ciclones, hidrociclones, filtros de velas cerâmicas de alta temperatura, dispositivos de controle de particulado de metal sinterizado, entre outros. Em uma abordagem alternativa, o equipamento de controle de particulado, tais como ciclones/hidrociclones ou filtro de velas pode

13/32 ser integralmente incorporado no trocador de calor 6 para tirar vantagem de um limite de pressão comum (vaso de pressão).

[028] O ar quente que deixa o componente de controle de particulado 7 passa então através de um combustor 8 opcional que adicionalmente aumenta a temperatura do ar pressurizado pela combustão do combustível F, tal como gás natural antes de enviá-lo para o bloco de turbina 9. Nos combustores convencionais, tais combustores de turbina a gás ou queimadores de gás natural, a temperatura do ar de entrada é relativamente baixa, o que protege os componentes metálicos do combustor. Em contrapartida, o combustor opcional 8 recebe o ar de entrada do trocador de calor 6 em uma temperatura elevada (aproximadamente 700°C ou superior em algumas concretizações contempladas). O combustor 8 pode adequadamente compreender um combustor do tipo catalítico com o catalisador montado em um substrato apropriado para operação em alta temperatura, tal como um substrato de cerâmica refratário. Por outro lado, uma vez que o ar já está aquecido a uma alta temperatura antes de entrar no combustor 8, a quantidade de calor adicional que precisa ser proporcionada pelo combustor 8 é reduzida, e, portanto, menos combustível F (por exemplo, gás natural no exemplo ilustrativo, ou outro combustível, tal como gás liquefeito de petróleo, gasolina, biodiesel, ou similares) é necessário para atingir uma temperatura elevada desejada na saída do combustor 8. Ademais, se a temperatura na saída do trocador de calor 6 estiver na temperatura elevada desejada, então o combustor 8 pode ser omitido inteiramente. Embora a concretização ilustrada empregue uma câmara de combustão 8 que é separada do trocador de calor pressurizado 6, em algumas concretizações alternativas, contempla-se realizar a combustão de um combustível diretamente no trocador de calor pressurizado para atingir uma temperatura elevada desejada na saída do trocador de calor pressurizado.

[029] Os particulados que foram resfriados pelo ar entrando no trocador de calor 6 são capturados e removidos da parte inferior do trocador de calor 6 por tre14/32 monhas, e carregados para o silo frio 11 usando um sistema transportador de sólidos 10. Os sólidos descarregados do trocador de calor 6 são adicionalmente resfriados, por exemplo, a uma temperatura da ordem de 450°C, ou inferior, em algumas concretizações contempladas que otimizam a recuperação de calor e permitem o uso de aço-carbono de baixo custo nos componentes transportadores a jusante. As partículas do silo frio 11 estão prontas para serem distribuídas de volta para o topo do receptor solar 1 usando elevadores de baldes 12, 13 ou outro dispositivo de transporte de sólidos. Em algumas concretizações, antes de enviar os sólidos de volta ao receptor solar 1 (ou antes de serem distribuídos ao silo de armazenagem frio 11), os sólidos são passados por uma peneira vibratória para rejeitar qualquer material excessivamente grande que poderra de alguma forma obstruir as passagens de fluxo estreitas no receptor solar 1.

[030] O tubo de descida 3 é construído adequadamente como um tubo revestido refratário (ou vários desses tubos) com uma altura de várias centenas de pés (mais geralmente, uma altura maior do que H da coluna de partículas sólidas necessária para obter a pressão desejada P na parte inferior do tubo de descida 3). O tubo de descida 3 opcionalmente contém componentes internos, tais como válvulas 14, e o tubo de descida 3 não necessariamente possui uma seção transversal constante ao longo de toda a sua altura. As válvulas internas ilustrativas 14 operam como válvulas de “retenção” que impedem o fluxo contrário de sólidos no caso de uma flutuação ou um pulso em qualquer um dos equipamentos a jusante do tubo de descida 3, impedindo o derramamento de materiais quentes no ambiente. As válvulas 14 podem ser colocadas em uma elevação adequada no tubo de descida - a pressão nas válvulas 14 devido à coluna de partículas sólidas acima das válvulas diminui com o aumento da elevação da colocação das válvulas 14. As válvulas 14 podem, a título de exemplo ilustrativo, ser válvulas de cerâmica do tipo íris de um tipo usado na indústria para restringir o fluxo de gás carregado de sólidos ou o fluxo de sólidos no

15/32 leito recheado móvel, uma vez que tais válvulas podem suportar alta temperatura e são resistentes à erosão. As válvulas ilustrativas 14 não são usadas para regular o fluxo de sólidos ou proporcionar um fechamento hermético, e não podem ser usadas no lugar da válvula não-mecânica 5 para operação em alta temperatura.

[031] O silo quente ilustrativo 4 inclui um respiro para um ar de aeração usado para facilitar o fluxo de sólidos do tubo de descida 3 no silo quente 4. O respiro pode ser equipado com um filtro quente 15 para impedir a liberação de partículas sólidas quentes para a atmosfera, se o ar de aeração for ventilado para a atmosfera. Como alternativa, o respiro pode ser conectado ao topo do trocador de calor pressurizado 6. Neste caso, o ar de aeração será direcionado através dos filtros do trocador de calor, e o filtro quente 15 pode ser omitido. A extremidade inferior do tubo de descida 3 é imerso no inventário das partículas sólidas no silo quente 4. Se os sólidos nos arredores da parte inferior do tubo de descida 3 forem derrubados, isto é, representarem um leito recheado, nenhum movimento de sólidos a partir do tubo de descida para o silo é possível. Para assegurar o fluxo de partículas uniforme da extremidade inferior do tubo de descida 3 para o inventário de partículas sólidas contidas no silo quente 4, o design ilustrativo inclui um ou mais bocais de fluidização 17, por exemplo, o anel de fluidização 17 circundando a extremidade inferior do tubo de descida 3. Um fluido de aeração injetado no anel de fluidização 17 agita o inventário de partículas sólidas em proximidade com a extremidade inferior do tubo de descida 3 para facilitar o fluxo de partículas fluidizado nesta junção. Mais geralmente, o bocal de fluidização pode ter outra geometria além da geometria de anel do anel de fluidização 17. O fluido de aeração é tipicamente ar. Como alternativa, o fluido de aeração podería ser uma mistura combustível de ar e combustível gasoso, tal como, mas sem a isto se limitar, gás natural, metano ou propano, para adicionalmente aquecer os sólidos no silo quente. Esta alternativa seria especialmente eficaz durante períodos de baixo fluxo térmico solar para o receptor solar 1.

16/32 [032] Vários componentes da usina de energia necessitam de uma alimentação de ar comprimido (ou outro fluido de trabalho em pressão elevada, tal como vapor). O ar comprimido entra no trocador de calor 6, e, em algumas concretizações preferidas, o ciclo termodinâmico envolve acionar um compressor de ar 18 usando a turbina (diretamente ou por meio da eletricidade gerada por um gerador elétrico que é acionado pela turbina) como parte do subsistema de geração de energia de turbina a gás 9 e alimentando o ar comprimido do compressor de ar 18 para o trocador de calor 6 para completar o ciclo termodinâmico. Em algumas concretizações contempladas, o ciclo termodinâmico é uma aproximação de um ciclo de Brayton, e o ciclo termodinâmico das concretizações ilustrativas é chamado aqui de ciclo de Brayton. O compressor 18 do ciclo de Brayton também alimenta adequadamente ar comprimido (ou outro fluido de trabalho em pressão elevada ) para outras finalidades, tal como para proporcionar aeração para o anel de fluidização 17 no silo quente 4, para operar a válvula L 5, e assim por diante. De maneira similar, a energia gerada no subsistema de geração de energia por turbina a gás 9 a partir de m fluido de trabalho em pressão e temperatura elevadas, ou a energia mecânica obtida a partir do eixo de rotação da turbina, ou a energia elétrica obtida por um gerador elétrico opcional (não ilustrado) acoplado à turbina, ou assim por diante, é adequadamente usada para operar os elevadores de baldes 12, 13 da fase solar da usina de energia integrada.

[033] Com referência agora às FIGURAS 2 e 3, algumas concretizações ilustrativas de uma variante da usina de energia são descritas.

[034] A FIGURA 2 mostra uma configuração variante na qual o silo quente pressurizado 4 da concretização da FIGURA 1 é substituído por um silo quente nãopressurizado 40 colocado em uma elevação alta (isto é, acima da coluna de partículas sólidas no tubo de descida 3 que gera a pressão elevada P), e um tanque de compensação menor 41 na parte inferior do tubo de descida 3. Uma vez que o silo

17/32 quente 40 está acima da coluna de geração de pressão das partículas sólidas, o silo quente 40 da FIGURA 2 pode ser projetado para operar à pressão atmosférica, e, portanto, não precisa ser construído como um vaso de pressão. O tanque de compensação 41 está na parte inferior do tubo de descida 3, e, portanto, não precisa ser construído como um vaso de pressão capaz de resistir à pressão P gerada na parte inferior do tubo de descida 3. Embora não ilustrado na FIGURA 2, o anel de fluidização 17 descrito com referência à FIGURA 1 pode ser incorporado no tanque de compensação 41 na parte inferior do tubo de descida 3 para injetar aeração para agitar o inventário de partículas sólidas e impedir a obstrução na parte inferior do tubo de descida 3 para permitir o movimento de sólidos do tubo de descida 3 para o tanque de compensação 41. Como alternativa, o tanque de compensação 41 pode ser omitido completamente, e a parte inferior do tubo de descida 3 pode ser conectada diretamente à entrada da válvula L 5. Nesta concretização, o silo quente 40 funciona como o tanque de compensação para desacoplar o controle de fluxo dentro do sistema do receptor solar a partir do fluxo para o trocador de calor 6.

[035] A FIGURA 3 é uma concretização alternativa da central de energia da FIGURA 2, e inclui o silo quente elevado e não-pressurizado 40 e o tanque de compensação 41 da concretização da FIGURA 2. A concretização da FIGURA 3 adicionalmente inclui um resfriador de sólidos 50 no qual a temperatura das partículas sólidas descarregadas do trocador de calor 6 é diminuída ainda mais antes de retornar ao silo frio 11. A energia extraída das partículas descarregadas pelo resfriador de sólidos 50 é opcionalmente integrada no ciclo de turbina a gás da usina de energia mediante a provisão de um trocador de calor no resfriador de sólidos 50 que é acoplado à turbina 9. Em uma concretização variante, o calor recuperado pelo resfriador de sólidos pode ser usado para acionar outro ciclo inferior que pode ser escolhido dentre outros ciclos de energia em potencial, tal como outro ciclo do tipo Brayton.

[036] Com referência agora às FIGURAS 4 a 7, algumas concretizações ilus18/32 trativas do trocador de calor 6 são descritas, as quais são adequadamente empregadas como o trocador de calor 6 em conjunto com qualquer uma das usinas de energia ilustrativas das FIGURAS 1 a 3.

[037] Com referência à FIGURA 4, um trocador de calor de leito fluidizado pressurizado 6 inclui um invólucro externo 100 com a forma de um cilindro orientado verticalmente, que é um vaso de pressão definindo o limite de pressão principal do trocador de calor 6. Um vaso interno 102 é disposto dentro do invólucro do vaso 100, com uma abertura de ar 101 entre o vaso interno 102 e o invólucro do vaso 100. O compressor 18 do ciclo de Brayton alimenta o ar que entra em contato com os sólidos quentes de modo a transferir calor para o ar, Este ar é alimentado do compressor 18 para os bocais 104 por meio de penetrações de vaso passando através do vaso pressurizado 100. Na concretização da FIGURA 4, os bocais 104 são na forma de tubos coaxiais: o ar frio entra fluindo através do espaço anular externo do bocal do tubo coaxial 104 para dentro do vaso de pressão 100, e o ar aquecido é descarregado do vaso de pressão 100 por meio do tubo interno do bocal do tubo coaxial 104. Dispor o ar do resfriador no espaço anular externo do bocal do tubo coaxial 104 ajuda a manter as paredes do vaso de pressão 100 frias (abaixo de 400°C em algumas concretizações). Embora somente dois bocais de tubo coaxial 104 sejam representados na FIGURA 4, pode haver um número maior de bocais para proporcionar um fluxo de ar uniforme. O ar frio que entra a partir do compressor 18 por meio do espaço anular externo do bocal 104 entra na abertura 101 entre o vaso de pressão 100 e o vaso interno 102, e passa através das passagens ou linhas de alimentação 110 no vaso interno 102 que se conectam com borbulhadores da rede de distribuição 112 de um leito fluidizado 114. As linhas de alimentação 110 penetram no revestimento de metal interno do vaso interno 102 que separa a área de leito fluidizado do vaso de pressão 100. O ar então penetra através do leito 114 de partículas e flui para cima. Ao mesmo tempo, as partículas sólidas quentes do receptor solar 1 recebi19/32 das por meio do silo quente 4 e da válvula L 5 entram no trocador de calor por meio de bocais de alimentação de sólidos 120 e fluem para baixo. O calor é transferido das partículas sólidas fluindo para baixo para o ar fluindo para cima de modo que o ar seja aquecido à medida que flui para cima. No ou próximo ao topo do vaso interno 102, o ar quente é coletado a partir dos tubos interno para fora dos bocais 104, que penetram o topo do vaso interno 102. O ar quente coletado é enviado ao dispositivo de controle de particulado 7 e, subsequentemente, à turbina de Brayton 9 (opcionalmente após passar através do combustor 8) como já descrito com referência à FIGURA 1.

[038] Os sólidos quentes são distribuídos para o leito 114 pelos bocais de alimentação de sólidos 120 distribuídos ao longo da área plana do leito. Uma disposição de leito fluidizado de fundo aberto permite que as partículas sólidas fluam para baixo através de todo o leito 114 para serem coletadas nas tremonhas 122 e saiam do vaso pressurizado 100, por exemplo, usando um sistema do tipo tremonha de retenção 124. Como descrito anteriormente, a vedação por pressão no topo do trocador de calor 6 é realizada usando o tubo de descida 3. Para os sólidos saindo do leito por meio das tremonhas 122, a temperatura é substancialmente inferior (devido à transferência de calor para o ar fluindo para cima no trocador de calor 6), e portanto, uma vedação baseada nas válvulas mecânicas, tal como o sistema de tremonha de retenção 124 ilustrativo, é adequada. Embora cada tremonha 122 ilustrativa seja representada como tendo uma calha que penetra através da parte inferior do vaso de pressão 100, uma construção alternativa podería combinar o fluxo de múltiplas tremonhas e sair do vaso usando um jorro em comum de modo a minimizar as penetrações através do vaso de pressão. Para obter esta disposição, múltilos jorros podem ser fisicamente conectados um ao outro, ou válvulas L individuais poderíam ser usadas para combinar as partículas de múltiplas tremonhas individuais em jorros em comum.

20/32 [039] Uma altura de leito 130 e uma zona de desengate 132 são indicadas na FIGURA 4. A altura do leito 130 é mantida de modo a permitir o contato satisfatório entre o ar fluindo para cima e os sólidos fluindo para baixo, e para permitir tempo de residência adequado para os sólidos alcançarem a troca de calor desejada para o ar. A zona de desengate 132 proporciona uma zona de baixa velocidade para as partículas sólidas se separarem do ar, o que reduz a concentração de partículas sólidas no ar saindo do trocador de calor 6; e, portanto, a quantidade de partículas sólidas que devem ser removidas no dispositivo de controle de particulado 7. O revestimento interno 102 é revestido adequadamente com um material refratário resistente à erosão para proteger o revestimento 102 da erosão, bem como para fornecer isolamento térmico. O revestimento interno 102 não atua como um limite de pressão, e, por conseguinte, pode ser fabricado com um revestimento relativamente fino. O vaso interno ilustrativo 102 inclui um revestimento de metal externo 140, uma camada refratária isolante intermediária 142, e uma camada refratária resistente à erosão interna 144, mas outras configurações de revestimento são contempladas. Como alternativa, as paredes laterais do revestimento interno 102 podem ser revestidas com o esquema refratário resistente à erosão descrito acima, e o teto do revestimento interno 102 pode ser revestido com um material refratário isolante de baixo peso, uma vez que o teto não é exposto à mistura de sólidos abrasivos na zona do leito 130. Isso irá reduzir o peso e o custo do revestimento interno 102.

[040] A alimentação de ar ilustrativa e as linhas de saída são configuradas como bocais de tubo coaxial 104. Esta construção permite que o ar de entrada que está a uma temperatura inferior esteja no exterior, proporcionando uma correlação melhor com a temperatura da parede do vaso de pressão 100, dessa forma reduzindo a expansão térmica diferencial entre o tubo de entrada e a parede do vaso, e simplificando a seleção dos materiais e as soldas entre o tubo externo e a parede do vaso. Isso também é vantajoso, uma vez que permite que a penetração no vaso de

21/32 pressão 100 esteja na mesma temperatura que a do vaso.

[041] A FIGURA 5 representa um trocador de calor pressurizado em que o vaso de pressão cilíndrico orientado verticalmente 100 da concretização da FIGURA 4 é substituído por um vaso de pressão cilíndrico orientado horizontalmente 200. Isso permite encaixar uma área de leito maior no vaso de pressão 100, ou, como ilustrado na FIGURA 5, permite inserir dois (ou mais) vasos internos 102 dispostos ao longo do eixo do cilindro, cada um tendo seu próprio leito fluidizante 114. A configuração horizontal também possibilita redução no diâmetro do vaso 200, reduzindo assim a espessura do vaso. A FIGURA 5 também ilustra uma concretização de acoplamento de ar alternativa, em que os bocais do tubo coaxial 104 da FIGURA 4 são substituídos por bocais de entrada separados 204 e bocais de descarga 205.

[042] A FIGURA 6 ilustra uma vista frontal de um trocador de calor empregando o vaso de pressão cilíndrico orientado horizontalmente 200 (isto é, uma vista observando ao longo do eixo do cilindro) em combinação com os bocais de entrada/descarga de ar coaxiais combinados 104. Como visto na FIGURA 6, o vaso de pressão cilíndrico horizontal 200 naturalmente forma uma redoma (cilíndrica) sobre o topo do vaso interno 102, que pode ser usado para acomodar componentes auxiliares, tal como um separador de particulados (por exemplo, um separador de particulados ciclônico) para proporcionar alguma ou toda a remoção de partículas adicional ou no lugar do elemento de controle de partículas separado 7 ilustrado na FIGURA 1.

[043] A FIGURA 7 mostra uma concretização do trocador de calor que, novamente, emprega o vaso de pressão cilíndrico orientado horizontalmente 200 (visto na FIGURA 7 ao longo do eixo do cilindro, como na FIGURA 6), mas com um vaso interno alternativo 302 contendo uma pluralidade de camadas de leito 314, 315, 316 conectadas por tubos descendentes 318. Esta construção incorpora múltiplas camadas 314, 315, 316 de leitos que permitem que o trocador de calor estabeleça um pa22/32 drão de fluxo em contracorrente entre os sólidos e o gás (ar ou outro fluido de trabalho a uma pressão elevada). A separação física dos leitos 314, 315, 316 ao longo da direção vertical é obtida usando bandejas 317, placas perfuradas ou estágios, entre outros, e proporciona fluxo em contracorrente aperfeiçoado e transferência de calor aperfeiçoada entre as partículas e o gás. Com uma única camada de leito (tal como nas concretizações das FIGURAS 4 a 6), o trocador de calor pode estar propenso a sofrer mistura vertical considerável, levando o ar e os sólidos e atingirem uma temperatura mista comum inferior à que pode ser alcançada com uma construção de múltiplos leito, tal como a ilustrada na FIGURA 7. Uma construção de múltiplos leitos suprime a mistura vertical pela introdução de múltiplos estágios de contato dentro do vaso interno 302. Como mostra a FIGURA 7, a área de seção transversal dos níveis de leito inferior pode ser reduzida (isto é, a área do leito mais superior 316 é maior do que a área do leito intermediário 315 que é maior do que o leito mais inferior 314; esta geometria é acomodada pelas paredes laterais inclinadas ilustradas do vaso interno 302. As temperaturas inferiores do ar nos níveis de leito inferiores significa que as velocidades são inferiores para uma dada área de seção transversal. Os critérios de design utilizam apropriadamente velocidades como uma medida de design, e assim, temperaturas inferiores dos leitos inferiores permitem uma redução na área para uma dada velocidade de design. Este design também assume a mistura de sólidos uniforme, e, portanto, alivia as restrições sobre as velocidades do gás. Aumentar as velocidades do gás podería possibilitar uma redução adicional na área do leito ao longo de todos os estágios, contanto que a restrição de arrastamento de sólidos seja satisfeita. Os leitos verticalmente empilhados 314, 315, 316 e a redução da área de leito para leitos inferiores permitem que o trocador de calor da FIGURA 7 seja menor/mais compacto se comparado aos trocadores de calor das FIGURAS 4, 5 E 6, o que oferece benefícios, tal como menor custo de fabricação, redução do peso e redução das espessuras de parede do componente, e também pode permitir o uso

23/32 de menos tremonhas 122 e menos sistemas de tremonha de retenção correspondentes, o que também reduz o número de válvulas mecânicas usadas no sistema de remoção de partículas sólidas frias.

[044] A redução adicional no tamanho de vaso pode ser obtida separando-se o vaso de pressão em múltiplos vasos, cada um com seu próprio vaso interior. Os múltiplos vasos podem ser projetados menores para suportar quantidades menores de sólidos e gás, ou o trocador de calor pode ser fragmentado, de modo que cada vaso possa conter diferentes partes do trocador (por exemplo, diferentes estágios de transferência de calor etc.). A FIGURA 5 mostra os vasos internos 102 em uma disposição de fluxo paralela. Como alternativa, os vasos internos 102 poderiam ser conectados em série, isto é, em que o ar quente saindo de um primeiro vaso interno através do tubo 205 é encaminhado diretamente para a entrada 110 de um segundo vaso interno sem sair do vaso de pressão 100.

[045] Retornando com referência à FIGURA 1 (ou à FIGURA 2 ou FIGURA 3), há certas restrições sobre o controle da usina de energia. Para manter a pressão P na parte inferior do tubo de descida 3, a coluna de partículas sólidas no tubo de descida 3 deve ser mantida na altura H proporcionando essa pressão P. Ao mesmo tempo, uma vazão suficiente de partículas sólidas quentes deverá fluir para o trocador de calor 6 de modo a manter o ciclo de Brayton (ou outro ciclo termodinâmico) operando a uma saída de energia desejada.

[046] Em uma abordagem de controle ilustrativa operando em conjunto com a usina de energia ilustrativa da FIGURA 1, os seguintes parâmetros de controle (entradas) são monitorados, e os pontos de controle mantidos. A temperatura de saída dos sólidos a partir do receptor solar 1 é monitorada com termopares. Um ponto de ajuste para a temperatura dos sólidos saindo do receptor solar 1 é estabelecido. A taxa de fluxo dos sólidos através do receptor solar 1 é regulada pela velocidade do primeiro estágio dos elevadores de baldes 12 que erguem os sólidos a partir do silo

24/32 frio 11 para o receptor solar 1. O segundo estágio dos elevadores de baldes 13 opera a uma velocidade suficientemente alta para transferir todos os sólidos do primeiro elevador de baldes 12 quando operado à vazão de sólidos máxima. Os sólidos descarregados do receptor solar 1 são transferidos para o coletor 2 (ou série de coletores), que descarregam os sólidos para o tubo de descida 3, que transfere os sólidos quentes para o silo quente 4. O silo quente 4 é equipado com uma perna (dipleg) interna circundada por um tubo coaxial com o anel fluidizante 17 na base, e ar de aeração é proporcionado ao anel fluidizante 17 de modo que todos os sólidos capturados pelo coletor 2 possam ser armazenados no silo quente 4. A vazão de ar de aeração para o anel fluidizante 17 é ajustada para transferir os sólidos em excesso capturados peto coletor 2 para o volume anular do silo quente 4 ao mesmo tempo em que se mantém o nível alvo (ou altura H) de sólidos no tubo de descida 3 para manter a vedação por pressão desejada. Essas operações de controle regulam a operação do receptor solar 1.

[047] Em uma abordagem de controle contemplada ilustrativa, o controle é configurado como cinco malhas ou pontos de controle primário. Vários componentes no sistema são projetados de modo a não serem limitantes na transferência dos sólidos de um subsistema ou componente para o próximo. Em um primeiro ponto de controle, o nível de partícula na tremonha de distribuição no topo do receptor solar 1 (detalhe não ilustrado na FIGURA 1) é regulado pela velocidade do primeiro estágio dos elevadores de baldes 12 que erguem os sólidos a partir do silo frio 11 para o receptor solar 1. A velocidade dos elevadores de baldes 12 é ajustada para manter um nível de partícula alvo na tremonha de distribuição no topo do receptor solar 1, conforme medido por uma série de detectores de nível ao redor da circunferência da tremonha.

[048] Em um segundo ponto de controle, a vazão dos sólidos através do receptor solar 1 é regulada por uma série de válvulas de tremonha na parte inferior da

25/32 tremonha de distribuição localizada ao redor da circunferência do receptor solar 1. A operação das válvulas de tremonha é ajustada para manter uma temperatura de partícula alvo na descarga do receptor solar 1, conforme medido por uma série de termopares (ou outros sensores de temperatura) localizados ao redor da circunferência do receptor solar 1. A operação das válvulas de tremonha individuais pode ser ajustada para regular a temperatura de descarga das partículas na seção vertical do receptor atendido pela válvula de tremonha específica.

[049] Em um terceiro ponto de controle, o silo quente 4 é equipado com uma perna (dipleg) interna circundada por um tubo coaxial com o anel fluidizante 17. O ar de aeração é fornecido ao anel fluidizante 17 de modo que todos os sólidos capturados pelo coletor 2 possam ser armazenados no silo quente 4. A vazão do ar de aeração é ajustada para transferir os sólidos em excesso capturados pelo coletor 2 para o volume anular do silo quente 4 ao mesmo tempo em que se mantém um nível alvo das partículas no tubo de descida 3 para manter a vedação por pressão, [050] Em um quarto ponto de controle, a vazão de partículas quentes através do trocador de calor 6 é aumentada ou diminuída ajustando-se o fluxo de ar de aeração para a válvula L 5 para manter a temperatura de saída alvo e a vazão do ar em resposta a um sinal de demanda para energia elétrica a partir do sistema de geração de energia de turbina a gás 9.

[051] Em um quinto ponto de controle, as válvulas de dreno de leito do trocador de calor 6 são comutadas para manter o nível de leito alvo no trocador de calor 6 à medida que o fluxo de partículas através do trocador de calor 6 aumenta ou diminui em função do sinal de demanda para energia elétrica.

[052] Em um sexto ponto de controle, uma mistura combustível de ar e gás natural (ou outro combustível gasoso) é alimentada através do anel de aeração de silo quente 17 para proporcionar aquecimento de sólidos adicional para atingir a temperatura alvo desejada para o trocador de calor pressurizado 6. Uma vez que as

26/32 partículas sólidas estão acima da temperatura de auto-ignição de uma mistura combustível de ar e gás natural, o gás natural irá inflamar e fornecer calor adicional às partículas sólidas.

[053] Mais particularmente, o controle relacionado ao ciclo de Brayton envolvendo o trocador de calor 6 e o subsistema de geração de energia de turbina a gás 9 é realizado apropriadamente como se segue. Uma demanda de carga do processo é estabelecida. Uma temperatura de saída alvo e a vazão do ar a partir do trocador de calor 6 é estabelecida em consonância com a demanda de carga. A vazão através do trocador de calor 6 é aumentada em resposta ao ponto de ajuste de demanda de fluxo de ar. O fluxo de sólidos através do trocador de calor 6 é aumentado por meio do aumento do fluxo de ar de aeração para a válvula L 5 para manter a temperatura de saída de ar alvo. As válvulas de dreno de leito do trocador de calor 6 são comutadas para manter o nível de leito de projeto no trocador de calor 6. O sistema de transferência de sólidos é operado em uma única velocidade para acomodar a vazão máxima necessária para transferir todos os sólidos a partir da parte inferior do sistema de dreno de leito do trocador de calor 6 para o silo frio 11.

[054] As usinas de energia reveladas integrando energia solar concentrada (CSP) com um trocador de calor pressurizado proporcionam eficiências de conversão térmica-elétrica elevadas que podem ser potencializadas para reduzir a área ocupada (footprint) do campo de espelhos (campo heliostático), e possuem diversas outras vantagens. Quando a combustão do gás natural é realizada pelo combustor 8, o ar aquecido tanto pelo trocador de calor 6 quanto pelo combustor 8 permite alcançar temperaturas superiores na entrada da turbina a gás e, consequentemente, maior eficiência do que uma usina CSP típica operando com vapor e/ou sal fundido como o fluido de transferência de calor. O sistema integrado revelado também proporciona a capacidade de armazenar energia na forma de energia térmica armazenada nas partículas sólidas quentes no silo quente 4, que pode ser usada posterior27/32 mente para produzir energia após o pôr-do-sol ou em outros momentos quando a disponibilidade de energia solar é restrita. A usina de energia integrada revelada vantajosamente integra o receptor solar 1 com o bloco de turbina 9 que é similar a um bloco de turbina de ciclo combinado de gás natural compreendendo um (ciclo) de turbina de Brayton e um ciclo de turbina de vapor. Embora o sistema ideal incorpore uma estação de turbina de vapor em acréscimo à turbina de Brayton, o sistema oferece a capacidade de gerar energia somente na turbina de Brayton se a usina não puder suportar um sistema baseado em vapor.

[055] O trocador de calor 6 usado para extrair calor das partículas quentes é preferivelmente um trocador de calor de contato direto pressurizado, o que oferece vantagens adicionais. O trocador de calor 6 é um leito levemente fluidizado que permite que o sistema alcance um fluxo geral de ar e partículas em contracorrente para maximizar a extração de energia da partícula para o ar. De modo a manter a pressão no trocador de calor 6, na concretização da FIGURA 1, o silo quente 4 e o tubo de descida 3 também estão sob pressão. Uma coluna de partículas sólidas de altura projetada H é mantida no tubo de descida 3 para proporcionar a pressão de vedação P na parte inferior do tubo de descida 3. A altura H dos sólidos no tubo de descida 3 é o principal mecanismo de vedação contra a pressão no trocador de calor pressurizado 6 e a pressão no silo quente 4. A altura do tubo de descida 3 (que impõe uma restrição máxima sobre a altura da coluna H), a temperatura de operação e a seleção de partículas são fatoradas na determinação da altura de projeto H do nível de sólidos que é mantida para permitir a operação do trocador de calor 6 em uma dada pressão. Portanto, o sistema oferece os meios para alcançar as pressões desejadas no trocador de calor de leito fluidizado 6 sem exigir um design de tremonha de retenção operando nas partículas sólidas quentes emitidas pelo receptor solar 1.

[056] Na concretização ilustrativa, a válvula L 5 (ou outra válvula nãomecânica operada por aeração) é usada para controlar a alimentação das partículas

28/32 quentes para o trocador de calor 6. Em uma concretização alternativa, um sistema do tipo tremonha de retenção pode ser usado para alimentar partículas sólidas e retirar partículas ao mesmo tempo em que possibilita a operação do trocador de calor 6 à pressão desejada. O silo quente 4 é projetado (na concretização da FIGURA 1) para manter a pressão, criar uma vedação ao redor do tubo de descida 3 e permitir que as partículas fluam para baixo pelo tubo de descida 3 e encham o silo quente 4. O silo opcionalmente inclui um ou mais bocais de fluidização 17 ao redor da parte inferior do tubo de descida 3 de modo a permitir que a partícula flua para baixo a partir do tubo de descida 3 e flua para cima em torno da periferia ou adjacente à parte inferior do tubo de descida 3 para encher o silo quente pressurizado 4, Nas concretizações alternativas das FIGURAS 2 e 3, o silo quente 40 não é pressurizado e está localizado em maior elevação, o que elimina a necessidade do vaso de pressão de capacidade de alto volume definindo o silo quente 4 da concretização da FIGURA 1. Nessas construções alternativas, um vaso de compensação menor 41 proporciona tamponamento do fluxo de partículas sólidas entre o receptor solar 1 e o trocador de calor 6, ou, como alternativa, o silo quente 40 pode servir como o vaso de compensação.

[057] A pressão no silo quente 4 ou vaso de compensação 41 é opcionalmente adicionalmente mantida por uma válvula de controle de regulagem de pressão (tal como uma válvula de regulagem de pressão ou válvula de respiro regulada, com o filtro quente ilustrativo 15) do silo de partículas quentes 4 ou vaso de compensação 41. Isso permite que o sistema ventile para fora o acúmulo de ar em excesso a partir do ar de fluidização ou do ar que entra no silo ou vaso de compensação a partir da válvula L 5 (ou vedação circulante ou válvula J). Se o ar em excesso não for apropriadamente expurgado do silo quente, a pressão no silo quente irá aumentar, inibindo assim o fluxo de sólidos para baixo no tubo de descida ou através da zona anular dentro do silo quente exercendo uma contrapressão nos sólidos nessas zo29/32 nas. O controle apropriado da pressão dentro do silo quente é facilitado mantendo um equilíbrio de pressão geral do sistema para promover o fluxo uniforme de partículas ao redor do sistema. A válvula de controle de pressão pode ser colocada preferivelmente após um filtro de partículas quentes 15 (ou outro dispositivo de controle de particulados) de modo a operar em um ambiente de livre de partículas (pouco particulado) e potencialmente a uma temperatura inferior. Como alternativa, essas válvulas podem ser colocadas à frente do dispositivo de controle de particulado.

[058] Algumas concretizações adicionais são apresentadas a seguir como exemplos adicionais.

[059] Em uma concretização, um sistema baseado em sólidos de energia solar concentrada pode ser proporcionado, compreendendo: um receptor solar, um armazenamento de sólidos aquecidos, um trocador de calor pressurizado, uma válvula disposta para alimentar sólidos aquecidos ao trocador de calor pressurizado. Um meio gasoso é alimentado ao trocador de calor pressurizado, e os sólidos resfriados a partir do trocador de calor pressurizado são transportados para o receptor solar. Uma turbina a gás é acionada pelo meio gasoso aquecido no trocador de calor pressurizado. Os sólidos finos do meio gasoso são coletados, deixando o trocador de calor pressurizado usar componente(s) de controle de particulados adequado(s). O armazenamento de sólidos é pressurizado (por exemplo, configurado como um silo quente pressurizado). Um tubo de descida está localizado no caminho dos sólidos aquecidos a partir do receptor solar para o armazenamento de sólidos aquecidos pressurizado. A altura do tubo de descida é suficiente para permitir a manutenção de uma coluna de partículas sólidas de altura H suficiente para proporcionar uma vedação contra a pressão no armazenamento de sólidos aquecidos. Em tal sistema, o tubo de descida pode ser pelo menos parcialmente circundado pelo armazenamento de sólidos aquecidos pressurizado, e os sólidos na proximidade da parte inferior do tubo de descida podem ser fluidizados. Um conduto pode ser proporcio30/32 nado para conectar o anel fluidizante ou outro elemento fluidizante com uma elevação superior dentro do armazenamento de sólidos aquecido pressurizado, O armazenamento de sólidos aquecido pressurizado pode ser equipado com um respiro para o meio fluidizante {por exemplo, ar) usado na fiuidização nas adjacências da parte inferior do tubo de descida. O respiro pode compreender um filtro ou outro dispositivo de controle de particulados para coletar sólidos finos a partir do meio fluidizante saindo do armazenamento de sólidos aquecidos pressurizado. O respiro pode ser conectado à parte superior do trocador de calor pressurizado. O trocador de calor pressurizado pode compreender um único leito, ou pode compreender uma pilha de leitos em bandejas ou similares, cada bandeja suportando um leito de sólidos e proporcionando uma distribuição uniforme do meio gasoso através do leito. As bandejas são conectadas adequadamente por tubos descendentes ou similares para permitir que os sólidos fluam para baixo através da pilha de bandejas e permitir que o ar ou outro gás de trabalho em pressão elevada flua para cima consecutivamente através das bandejas, resultando no contrafluxo de sólidos para o gás. Os sólidos são fluidizados em pelo menos uma das bandejas. Os sólidos são alimentados adequadamente a partir do armazenamento de sólidos aquecidos pressurizados sobre o topo do leito na bandeja mais superior. Os sólidos podem ser alimentados através de pelo menos dois pontos de alimentação distribuídos uniformemente através da área plana do leito mais superior. Os sólidos são removidos do trocador de calor pressurizado através de pelo menos uma porta de descarga localizada abaixo da bandeja mais inferior. A pelo menos uma porta de descarga pode compreender uma vedação contra a pressão no trocador de calor pressurizado. O dispositivo de controle de particulado para coletar sólidos finos a partir do meio gasoso pode incluir um filtro compreendendo material resistente a alta temperatura com poros finos. As respectivas elevações dos componentes do sistema são configuradas para permitir que os sólidos se movam a partir do receptor solar através do trocador de calor pressurizado

31/32 pela gravidade. A medição dos sólidos a partir do armazenamento de sólidos aquecidos para o trocador de calor é realizada adequadamente por uma válvula nãomecânica, tal como uma válvula L. A alimentação dos sólidos aquecidos para o trocador de calor pode incluir uma seção de segurança impedindo o fluxo de sólidos, a menos que os sólidos na seção sejam fluidizados. O sistema baseado em sólidos de energia solar concentrada pode adicionalmente incluir um combustor, por exemplo, um queimador, para adicionalmente aquecer o ar ou outro meio gasoso em um conduto entre o trocador de calor pressurizado e a turbina a gás.

[060] Em outra concretização, um sistema baseado em sólidos de energia solar concentrada pode ser proporcionado, compreendendo um receptor solar, um armazenamento de sólidos aquecidos, um trocador de calor pressurizado, um meio para alimentar sólidos aquecidos para o trocador de calor pressurizado, um meio para alimentar um meio gasoso ao trocador de calor pressurizado, um meio para transportar sólidos resfriados a partir do trocador de calor pressurizado para o receptor solar, uma turbina a gás acionada pelo meio gasoso aquecido no trocador de calor pressurizado, um meio para coletar sólidos finos a partir do meio gasoso saindo do trocador de calor pressurizado, e um meio para proporcionar uma vedação entre o armazenamento de sólidos aquecidos e o trocador de calor pressurizado. O meio para proporcionar uma vedação pode compreender válvulas mecânicas, tais como tremonhas de retenção, válvulas rotativas ou válvulas de chapeleta dupla. As partículas sólidas podem, em algumas concretizações, compreender pelo menos um dentre: areia, areia com alto teor de sílica, quartzo, alumina, alumino-silicatos, sílex calcinado, titanato de ferro, bauxita, argilas, hematita e ilmenita.

[061] Foram descritas concretizações ilustrativas incluindo as concretizações preferidas. Embora concretizações específicas tenham sido ilustradas e descritas em detalhes para ilustrar a aplicação e os princípios da invenção e os métodos, será compreendido que não há a intenção de limitar a presente invenção aos mesmos e

32/32 que a invenção pode ser incorporada de outra maneira sem se afastar desses princípios. Em algumas concretizações da invenção, certos aspectos da invenção podem algumas vezes ser usados para obter vantagem sem um uso correspondente dos demais aspectos. Por conseguinte, toda tais alterações e concretizações se enquadram apropriadamente no escopo das reivindicações seguintes. Obviamente, modificações e alterações irão suceder a outros quando da leitura e compreensão da descrição detalhada precedente. Pretende-se que a presente revelação seja interpretada como incluindo todas tais modificações e alterações na medida em que se enquadrem no âmbito das reivindicações anexas ou de seus equivalentes.

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Claims (30)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Usina de energia, CARACTERIZADA por compreender: um receptor solar configurado para aquecer partículas sólidas;

   um tubo de descida estendendo-se para baixo a partir do receptor solar para receber partículas sólidas a partir do receptor solar, o tubo de descida tendo uma altura suficiente para suportar uma coluna de partículas sólidas aquecidas de altura H;

   um trocador de calor pressurizado configurado para operar a uma pressão elevada superior à pressão atmosférica para aquecer o fluido de trabalho fluindo através do trocador de calor pressurizado por transferência de calor a partir das partículas sólidas aquecidas fluindo para fora da parte inferior do tubo de descida; e um caminho de fluxo para partículas sólidas a partir da parte inferior do tubo de descida para o trocador de calor pressurizado que é configurado para ser vedado por uma pressão P produzida na parte inferior do tubo de descida por uma coluna de partículas sólidas aquecidas da altura H.
2. 2. Usina de energia, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o caminho de fluxo inclui:

   um silo ou tanque de compensação compreendendo um vaso de pressão conectado à parte inferior do tubo de descida.
3. 3. Usina de energia, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que o silo ou tanque de compensação inclui:

   pelo menos um bocal de ffuidização disposto no silo ou tanque de compensação e configurado para emitir fluido de trabalho para agitar um inventário de partículas sólidas no silo ou tanque de compensação.
4. 4. Usina de energia, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADA pelo fato de que o bocal de fluidização compreende um anel disposto ao redor da parte inferior do tubo de descida.

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5. 5. Usina de energia, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que o caminho de fluxo adícionalmente inclui:

   uma válvula não-mecânica não possuindo partes móveis e operando por agitação das partículas sólidas na válvula pelo fluxo do fluido de trabalho.
6. 6. Usina de energia, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA por adicionalmente compreender:

   uma turbina operativamente conectada ao trocador de calor pressurizado para ser acionada pelo fluido de trabalho aquecido descarregado a partir do trocador de calor pressurizado; e um compressor acionado pela turbina para acionar o fluido de trabalho através do trocador de calor pressurizado define um ciclo termodinâmico acionado pelo menos em parte pela energia solar concentrada (CSP) compreendendo energia térmica depositada nas partículas sólidas aquecidas pelo receptor solar.
7. 7. Usina de energia, de acordo com a reivindicação 2, CARACTERIZADA pelo fato de que o receptor solar compreende:

   um volume anular através do qual partículas sólidas granulares fluem para baixo; e tubos de canalização de luz contendo aberturas na superfície externa do volume anular para receber luz a partir de um campo heliostático e estendendo-se para dentro do volume anular de modo que as partículas sólidas granulares fluindo para baixo passem sobre os tubos de canalização de luz para absorver energia térmica solar.
8. 8. Usina de energia, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o caminho de fluxo inclui:

   uma válvula não-mecânica não possuindo partes móveis e operando por agitação das partículas sólidas na válvula pelo fluxo do fluido de trabalho.
9. 9. Usina de energia, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA

   3/7 por adicionalmente compreender:

   uma turbina operativamente conectada ao trocador de calor pressurizado para ser acionada pelo fluido de trabalho aquecido descarregado a partir do trocador de calor pressurizado; e um compressor acionado pela turbina para acionar o fluido de trabalho através do trocador de calor pressurizado define um ciclo termodinâmico acionado pelo menos em parte pela energia solar concentrada (CSP) compreendendo energia térmica depositada nas partículas sólidas aquecidas pelo receptor solar.
10. 10. Usina de energia, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADA por adícionalmente compreender;

    um combustor configurado para adicionar calor ao fluido de trabalho aquecido descarregado a partir do trocador de calor pressurizado antes de acionar a turbina.
11. 11. Usina de energia, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADA pelo fato de que o receptor solar compreende:

    um volume anular através do qual partículas sólidas granulares fluem para baixo; e tubos de canalização de luz contendo aberturas na superfície externa do volume anular para receber luz a partir de um campo heliostático e estendendo-se para dentro do volume anular de modo que as partículas sólidas granulares fluindo para baixo passem sobre os tubos de canalização de luz para absorver energia térmica solar.
12. 12. Usina de energia, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADA pelo fato de que o compressor acionado pela turbina para acionar o fluido de trabalho através do trocador de calor pressurizado define um ciclo de Brayton acionado pelo menos em parte pela CSP compreendendo energia térmica depositada nas partículas sólidas aquecidas pelo receptor solar.

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13. 13. Usina de energia, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADA pelo fato de que o trocador de calor pressurizado compreende um trocador de calor de leito fluidizado pressurizado.
14. 14. Usina de energia, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o trocador de calor pressurizado compreende um trocador de calor de leito fluidizado pressurizado.
15. 15. Usina de energia, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a pressão Pé de pelo menos 5 atm.
16. 16. Método, CARACTERIZADO por compreender: aquecer partículas sólidas em um receptor solar;

    formar partículas sólidas aquecidas descarregadas pelo receptor solar em uma pilha de altura H por gravidade alimentadas pelo receptor solar;

    transferir as partículas sólidas da parte inferior da pilha de altura H para um trocador de calor pressurizado, em que a transferência inclui vedar um caminho de fluxo da parte inferior da pilha de altura H para o trocador de calor pressurizado pela pressão produzida pelo peso da pilha de altura H; e no trocador de calor pressurizado, transferir o calor das partículas sólidas para um fluido de trabalho a uma pressão elevada de pelo menos 5 atm.
17. 17. Método, de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADO por adicionalmente compreender:

    acionar uma turbina usando o fluido de trabalho aquecido pela transferência de calor a partir das partículas sólidas no trocador de calor pressurizado; e circular o fluido de trabalho através do trocador de calor pressurizado usando um compressor acionado pela turbina, pelo que um ciclo termodinâmico é definido, o qual é acionado pelo aquecimento das partículas sólidas no receptor solar.
18. 18. Método, de acordo com a reivindicação 17, CARACTERIZADO por adicionalmente compreender;

    5/7 adicionalmente aquecer, por um processo de combustão, o fluido de trabalho aquecido pela transferência de calor a partir das partículas sólidas no trocador de calor pressurizado;

    em que o ciclo termodinâmico é adicionalmente acionado pelo aquecimento adicional pelo processo de combustão.
19. 19. Método, de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADO pelo fato de que o processo de combustão é realizado em um ou mais dentre:

    o trocador de calor pressurizado, uma câmara de combustão separada do trocador de calor pressurizado, um tanque de armazenamento na parte inferior da pilha de altura H, e uma turbina acionada usando o fluido de trabalho aquecido pela transferência de calor a partir das partículas sólidas no trocador de calor pressurizado.

    «
20. 20. Sistema baseado em sólidos de energia solar concentrada,

    CARACTERIZADO por compreender:

    um receptor solar configurado para aquecer um meio sólido granulado compreendendo partículas sólidas granuladas;

    um armazenamento de sólidos aquecido pressurizado configurado para armazenar o meio sólido granulado após aquecimento pelo receptor solar;

    um trocador de calor pressurizado configurado para transferir calor a partir do meio sólido granulado para um meio gasoso;

    um caminho de fluxo conectado para alimentar o meio sólido granulado aquecido pelo receptor solar para o trocador de calor pressurizado;

    um compressor conectado para alimentar o meio gasoso para o trocador de calor pressurizado;

    um transportador configurado para transportar o meio sólido granulado após a transferência de calor para o meio gasoso no trocador de calor pressurizado a partir do trocador de calor pressurizado para o receptor solar;

    6/7 uma turbina a gás operativamente conectada para ser acionada pelo meio gasoso aquecido no trocador de calor pressurizado; e um tubo de descida disposto no caminho do meio sólido granulado a partir do receptor solar até o armazenamento de sólidos aquecidos pressurizado;

    em que o tubo de descida tem uma altura suficiente para reter uma pilha de meio sólido granulado de altura H que é suficiente para proporcionar uma vedação contra a pressão no armazenamento de sólidos aquecidos.
21. 21. Sistema baseado em sólidos de energia solar concentrada, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que a extremidade inferior do tubo de descida é pelo menos parcialmente circundada pelo armazenamento de sólidos aquecidos pressurizado.
22. 22. Sistema baseado em sólidos de energia solar concentrada, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que pelo menos um bocal fluidizante está localizado no armazenamento de sólidos aquecidos pressurizado.
23. 23. Sistema baseado em sólidos de energia solar concentrada, de acordo com a reivindicação 22, CARACTERIZADO por adicionalmente compreender um conduto conectando o pelo menos um bocal fluidizante com uma elevação maior do armazenamento de sólidos aquecidos pressurizado.
24. 24. Sistema baseado em sólidos de energia solar concentrada, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que o trocador de calor pressurizado compreende uma pilha de bandejas, cada bandeja suportando um leito de sólidos, as bandejas conectadas para permitir que o meio sólido granulado flua para baixo através das bandejas e o meio gasoso flua para cima através das bandejas.
25. 25. Sistema baseado em sólidos de energia solar concentrada, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que os sólidos são fluidizados em pelo menos uma das bandejas.

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26. 26. Sistema baseado em sólidos de energia solar concentrada, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que os sólidos são removidos do trocador de calor pressurizado através de pelo menos uma porta de descarga localizada abaixo da bandeja mais inferior que compreende uma vedação contra a pressão no trocador de calor pressurizado.
27. 27. Sistema baseado em sólidos de energia solar concentrada, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO por adicionalmente compreender uma váfvula não-mecânica configurada para medir o fluxo do meio sólido granulado a partir do armazenamento de sólidos aquecidos para o trocador de calor por meio do controle de um fluxo do meio gasoso na válvula não-mecânica.
28. 28. Sistema baseado em sólidos de energia solar concentrada, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO por adicionalmente compreender um combustor que combusta combustível para adicionalmente aquecer o meio gasoso no conduto entre o trocador de calor pressurizado e a turbina a gás.
29. 29. Sistema baseado em sólidos de energia solar concentrada, de acordo com a reivindicação 24, CARACTERIZADO pelo fato de que o meio sólido granulado compreendendo partículas sólidas granuladas compreende pelo menos um dentre: areia, areia com afto teor de sílica, quartzo, alumina, alumino-silicatos, sílex calcinado, titanato de ferro, bauxita, argilas, hematita e ilmenita.
30. 30. Sistema baseado em sólidos de energia solar concentrada, de acordo com a reivindicação 20, CARACTERIZADO pelo fato de que o caminho de fluxo conectado para alimentar o meio sólido granulado aquecido pelo receptor solar para o trocador de calor pressurizado compreende uma seção de segurança que impede a passagem de sólidos, a menos que os sólidos na seção sejam fluidizados.

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