EP2666976A1 - Coupling of a turbopump for molten salts - Google Patents

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EP2666976A1
EP2666976A1 EP12169483.0A EP12169483A EP2666976A1 EP 2666976 A1 EP2666976 A1 EP 2666976A1 EP 12169483 A EP12169483 A EP 12169483A EP 2666976 A1 EP2666976 A1 EP 2666976A1
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EP
European Patent Office
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turbine
pump
tower
coupling
fluid
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12169483.0A
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German (de)
French (fr)
Inventor
Alfred Dethier
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John Cockerill SA
Original Assignee
Cockerill Maintenance and Ingenierie SA
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Priority to MX2014014319A priority patent/MX354292B/en
Priority to US14/403,844 priority patent/US9803625B2/en
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01K3/12—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having two or more accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01K7/22—Steam engine plants characterised by the use of specific types of engine; Plants or engines characterised by their use of special steam systems, cycles or processes; Control means specially adapted for such systems, cycles or processes; Use of withdrawn or exhaust steam for feed-water heating the engines being only of turbine type the turbines having inter-stage steam heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F22—STEAM GENERATION
    • F22B—METHODS OF STEAM GENERATION; STEAM BOILERS
    • F22B1/00—Methods of steam generation characterised by form of heating method
    • F22B1/006—Methods of steam generation characterised by form of heating method using solar heat

Definitions

  • the present invention relates to the field of combined cycle thermal power plants.
  • the subject of the present application relates to solar concentrating power plant (CSP) plants of the solar tower type, using as heat transfer fluid molten salts and in which are used vertical pumps for the circulation and transfer of melted salts carried at high temperature.
  • CSP solar concentrating power plant
  • heliostats in the form of flat mirrors
  • solar receivers located at the top of the tower, with heliostats arranged in such a way that the shadows created by mirrors do not interfere with neighboring mirrors.
  • the solar receiver heated by concentrated incident solar rays, will generate a hot fluid that will then be used at ground level to produce high pressure steam capable of driving a turbine and generating electricity.
  • the heated fluid at the top of the tower may be directly steam, or air, or a thermal oil. But it can also be a molten salt consisting of a mixture of two or three specific salts, or more, used as a heat transfer fluid.
  • a mixture of sodium nitrate (NaNO 3 ) and potassium nitrate (KNO 3 ) is often used, for example in a 60% / 40% ratio, forming an atmospheric pressure eutectic having a reduced melting temperature at 220 ° C and offering good chemical and thermal stability between the melting point and 600 ° C.
  • a ternary mixture of salts comprising, in addition to the two aforementioned salts, lithium nitrate (LiNO 3 ), it is even possible to obtain a eutectic having a melting temperature as low as 120 ° C.
  • a great advantage of this salt mixture is its possibility of storage in large quantities at high temperature under atmospheric pressure, at a reduced cost. Storage allows the decoupling of solar energy uptake and electricity generation, regardless of sunlight and solar time, including overnight.
  • the operating principle of a combined cycle CSP plant is known and described for example in the document WO 2011/077248 .
  • the figure 1 schematically shows the principle of a tower-type concentrating solar power plant 1.
  • the salt is kept liquid in a first insulated cold storage tank 2 at a temperature not lower than 260 ° C.
  • Pumps 3 are necessary to bring the molten salt to the top of the tower 1 and given the large flow required and the high density of the salt, the power absorbed by the pumps is quite high, an amplitude of 4 MW for a central high power (typically 150 MW).
  • the salt is heated at 550 ° C by concentrated solar heat as specified above via one or more exchangers 20, distributed for example according to four cavities, consisting of thin-walled steel tubes.
  • the heated salt is returned to a second insulated hot storage tank 5.
  • the capacity of this tank depends on the supply time required for the turbine producing the electricity.
  • the hot salt is sent by a pump 6 to a conventional steam generation system 7 to produce superheated steam for an electricity generator 9 with a turbine 8.
  • figure 1 shows also a detailed example, and not limited to the present invention, steam generator 7 according to the state of the art.
  • the molten salt circuit is referenced 17 and the water / steam circuit is referenced 18 on the figure 1 .
  • the CSP tower plants have some disadvantages including the need to use very specific pumps, the design of salt exchangers melting / water-steaming and the need to monitor the relatively high temperatures of molten salts.
  • the present invention aims to overcome the disadvantages of the state of the art.
  • the invention aims to reduce the power absorption of the heat transfer fluid pumps at the top of the central tower or to compensate it by a power recovery at another location.
  • a first object of the present invention relates to a device comprising at least one vertical pump and at least one associated turbine, for the transport, on a difference in level, of a coolant heated to a high temperature, the pump providing a movement ascending said fluid in a first section of a conduit from a first so-called cold reservoir and the turbine being actuated by said fluid during the downward return movement of said fluid in a second section of the conduit to a second so-called hot reservoir, characterized in that the device further comprises a device for coupling the turbine with the pump configured so that the mechanical energy produced by the turbine is reused for actuating the pump.
  • the difference in level between the molten salt storage tanks and the exchangers at the top of the tower is at least 150 m.
  • the molten salt pressures can be up to 60 bar.
  • the molten salts include sodium, potassium and / or lithium nitrate.
  • the figure 1 schematically shows a central tower type CSP solar power plant, with circulation of molten salt and coupling to a conventional power generation system.
  • the figure 2 shows a schematic view of the mechanical coupling system, according to the invention, between the pump for conveying the heat transfer fluid to the central tower and the power recovery turbine at the return of the heat transfer fluid to the storage tank.
  • the pumps 3 and the power recovery turbines 4 are mechanically coupled together in order to recover energy with the best possible efficiency.
  • the pump must be dimensioned taking into account the following three parameters: its length (about 15 m for example), its variable speed and the high power required.
  • the power recovery turbines will be of the same design, possibly with specific impeller wheels. he In principle, it is sufficient to operate the centrifugal pumps in the opposite direction to be in turbine mode.
  • the mechanical coupling pump-turbine is provided by a gearbox 21, with cardan coupling 41 on the turbine side to allow differential expansion between the pump 3 and the turbine 4.
  • the turbines 4 can not recover all the power consumed by the pumps, given the efficiency of the pumps and turbines, playing in opposite directions.
  • the compensation of the power difference will be provided by electric pumps of the same type (not shown), moreover necessary to overcome the losses and also to start the system.
  • the pumps 3 and the recovery turbines 4 will be electrically coupled.
  • the pumps 3 are actuated by an asynchronous motor and the turbines are coupled to an asynchronous motor also acting as a generator, the turbine engine being faster.

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Abstract

The tower has a vertical pump (3) for transporting coolant at high temperature, and a hydraulic power recovery turbine (4) associated with the pump. The pump assures forward movement of the fluid in a section of a pipe from a cold salt container, and the turbine is actuated by the fluid during descending return movement of the fluid in a second section of the pipe toward a hot salt container. A coupling device couples the turbine with the pump, and is configured, so that mechanical energy produced by the turbine is re-used for the actuation of the pump. An independent claim is also included for a solar concentration energy production facility.

Description

Objet de l'inventionObject of the invention

La présente invention se rapporte au domaine des centrales solaires thermiques à cycle combiné. En particulier, l'objet de la présente demande se rapporte aux installations de production d'énergie à concentration solaire CSP (pour Concentrated Solar Power plant), du type à récepteurs solaires en tour, utilisant comme fluide caloporteur des sels fondus et dans lesquelles sont utilisées des pompes verticales pour la circulation et le transfert des sels fondus portés à haute température.The present invention relates to the field of combined cycle thermal power plants. In particular, the subject of the present application relates to solar concentrating power plant (CSP) plants of the solar tower type, using as heat transfer fluid molten salts and in which are used vertical pumps for the circulation and transfer of melted salts carried at high temperature.

Etat de la techniqueState of the art

Dans les CSP du type à tour centrale, un grand nombre d'héliostats (sous forme de miroirs plans) reflètent la lumière solaire vers un ou plusieurs récepteurs solaires, situés au sommet de la tour, les héliostats étant disposés de manière telle que les ombres créées par les miroirs n'interfèrent pas avec les miroirs voisins.In central-tower type CSPs, a large number of heliostats (in the form of flat mirrors) reflect sunlight to one or more solar receivers, located at the top of the tower, with heliostats arranged in such a way that the shadows created by mirrors do not interfere with neighboring mirrors.

Le récepteur solaire, chauffé par les rayons solaires incidents concentrés va générer un fluide chaud qui sera ensuite utilisé au niveau du sol pour produire de la vapeur à haute pression capable d'entraîner une turbine et de produire de l'électricité.The solar receiver, heated by concentrated incident solar rays, will generate a hot fluid that will then be used at ground level to produce high pressure steam capable of driving a turbine and generating electricity.

Le fluide chauffé au sommet de la tour peut être directement de la vapeur, ou de l'air, ou une huile thermique. Mais il peut aussi être un sel fondu consistant en un mélange de deux ou trois sels spécifiques, ou plus, utilisé comme fluide de transfert thermique.The heated fluid at the top of the tower may be directly steam, or air, or a thermal oil. But it can also be a molten salt consisting of a mixture of two or three specific salts, or more, used as a heat transfer fluid.

Par exemple, un mélange de nitrate de sodium (NaNO3) et de nitrate de potassium (KNO3) est souvent utilisé, par exemple selon un rapport 60%/40%, formant un eutectique à pression atmosphérique ayant une température de fusion réduite à 220°C et offrant une bonne stabilité chimique et thermique entre la température de fusion et 600°C. En utilisant un mélange ternaire de sels, comprenant, outre les deux sels précités, du nitrate de lithium (LiNO3), on peut même obtenir un eutectique ayant une température de fusion aussi basse que 120°C.For example, a mixture of sodium nitrate (NaNO 3 ) and potassium nitrate (KNO 3 ) is often used, for example in a 60% / 40% ratio, forming an atmospheric pressure eutectic having a reduced melting temperature at 220 ° C and offering good chemical and thermal stability between the melting point and 600 ° C. By using a ternary mixture of salts, comprising, in addition to the two aforementioned salts, lithium nitrate (LiNO 3 ), it is even possible to obtain a eutectic having a melting temperature as low as 120 ° C.

Un grand avantage de ce mélange de sels est sa possibilité de stockage en grande quantité à haute température sous pression atmosphérique, à un coût réduit. Le stockage permet le découplage entre la captation de l'énergie du soleil et la production d'électricité, indépendamment de l'ensoleillement et de l'heure solaire, en ce compris pendant la nuit.A great advantage of this salt mixture is its possibility of storage in large quantities at high temperature under atmospheric pressure, at a reduced cost. Storage allows the decoupling of solar energy uptake and electricity generation, regardless of sunlight and solar time, including overnight.

Le principe de fonctionnement d'une centrale CSP à cycle combiné est connu et décrit par exemple dans le document WO 2011/077248 . La figure 1 montre schématiquement le principe d'une centrale solaire à concentration du type tour 1. Le sel est maintenu liquide dans un premier réservoir de stockage froid isolé 2, à une température qui n'est pas inférieure à 260°C. Des pompes 3 sont nécessaires pour amener le sel fondu au sommet de la tour 1 et vu les grands débits requis ainsi que la haute densité du sel, la puissance absorbée par les pompes est assez élevée, d'une amplitude de 4 MW pour une centrale de grande puissance (typiquement 150 MW). Au sommet de la tour, le sel est chauffé à 550°C par la chaleur solaire concentrée comme précisé ci-dessus via un ou plusieurs échangeurs 20, répartis par exemple selon quatre cavités, constitués de tubes en acier à paroi mince. De là, le sel chauffé est renvoyé vers un second réservoir de stockage chaud isolé 5. La capacité de ce réservoir dépend de la durée d'alimentation requise pour la turbine produisant l'électricité. Lorsque la production d'électricité par la centrale est requise, le sel chaud est envoyé par une pompe 6 vers un système conventionnel de génération de vapeur 7 pour produire de la vapeur surchauffée pour un générateur d'électricité 9 à turbine 8. La figure 1 montre en outre un exemple détaillé, et non limitatif pour la présente invention, de générateur de vapeur 7 selon l'état de la technique.The operating principle of a combined cycle CSP plant is known and described for example in the document WO 2011/077248 . The figure 1 schematically shows the principle of a tower-type concentrating solar power plant 1. The salt is kept liquid in a first insulated cold storage tank 2 at a temperature not lower than 260 ° C. Pumps 3 are necessary to bring the molten salt to the top of the tower 1 and given the large flow required and the high density of the salt, the power absorbed by the pumps is quite high, an amplitude of 4 MW for a central high power (typically 150 MW). At the top of the tower, the salt is heated at 550 ° C by concentrated solar heat as specified above via one or more exchangers 20, distributed for example according to four cavities, consisting of thin-walled steel tubes. From there, the heated salt is returned to a second insulated hot storage tank 5. The capacity of this tank depends on the supply time required for the turbine producing the electricity. When power generation by the plant is required, the hot salt is sent by a pump 6 to a conventional steam generation system 7 to produce superheated steam for an electricity generator 9 with a turbine 8. figure 1 shows also a detailed example, and not limited to the present invention, steam generator 7 according to the state of the art.

Le circuit de sel fondu est référencé 17 et le circuit d'eau/vapeur est référencé 18 sur la figure 1.The molten salt circuit is referenced 17 and the water / steam circuit is referenced 18 on the figure 1 .

Des performances typiques pour une installation de 150 MW sont données dans le tableau 1.Typical performance for a 150 MW installation is given in Table 1.

Il est également connu que l'on pourrait utiliser dans ce type d'installation des turbines de récupération de puissance hydraulique 4 (HRPT pour Hydraulic Power Recovery Turbine). Celles-ci peuvent être installées dans la ligne de retour du sel chauffé au réservoir de stockage, afin de récupérer l'énergie mécanique (gravifique) du sel descendant du sommet de la tour jusqu'au sol, la puissance récupérable ayant une amplitude typique de 3 MW pour la centrale précitée.It is also known that one could use in this type of installation hydraulic power recovery turbines 4 (HRPT for Hydraulic Power Recovery Turbine). These can be installed in the return line of the heated salt to the storage tank, in order to recover the mechanical (gravific) energy of the salt descending from the top of the tower to the ground, the recoverable power having a typical amplitude of 3 MW for the aforementioned plant.

A côté d'un certain nombre d'avantages tels qu'une grande capacité de stockage de l'énergie sous pression atmosphérique, un faible coût du sel compatible avec le respect de l'environnement, une absence totale de risque au feu, une grande simplicité et des coûts réduits pour le récepteur solaire et des équipements associés en sommet de tour, les centrales CSP à tour présentent quelques désavantages dont la nécessité d'utiliser des pompes très spécifiques, la conception d'échangeurs sels fondus/eau-vapeur et la nécessité de surveiller les températures relativement élevées des sels fondus.In addition to a number of advantages such as a large storage capacity for energy at atmospheric pressure, a low cost of salt compatible with the respect of the environment, a total absence of risk to fire, a great Simplicity and reduced costs for the solar receiver and associated equipment at the top of the tower, the CSP tower plants have some disadvantages including the need to use very specific pumps, the design of salt exchangers melting / water-steaming and the need to monitor the relatively high temperatures of molten salts.

Buts de l'inventionGoals of the invention

La présente invention vise à s'affranchir des inconvénients de l'état de la technique.The present invention aims to overcome the disadvantages of the state of the art.

En particulier, l'invention a pour but de réduire l'absorption de puissance des pompes d'acheminement du fluide caloporteur au sommet de la tour centrale ou de compenser celle-ci par une récupération de puissance à un autre endroit.In particular, the invention aims to reduce the power absorption of the heat transfer fluid pumps at the top of the central tower or to compensate it by a power recovery at another location.

Principaux éléments caractéristiques de l'inventionMain characteristic elements of the invention

Un premier objet de la présente invention se rapporte à un dispositif comprenant au moins une pompe verticale et au moins une turbine associée, pour le transport, sur une différence de niveau, d'un fluide caloporteur porté à haute température, la pompe assurant un mouvement ascendant dudit fluide dans une première section d'un conduit à partir d'un premier réservoir dit froid et la turbine étant actionnée par ledit fluide lors du mouvement de retour descendant dudit fluide dans une seconde section du conduit vers un second réservoir dit chaud, caractérisé en ce que le dispositif comprend en outre un dispositif de couplage de la turbine avec la pompe configuré pour que l'énergie mécanique produite par la turbine soit réutilisée pour l'actionnement de la pompe.A first object of the present invention relates to a device comprising at least one vertical pump and at least one associated turbine, for the transport, on a difference in level, of a coolant heated to a high temperature, the pump providing a movement ascending said fluid in a first section of a conduit from a first so-called cold reservoir and the turbine being actuated by said fluid during the downward return movement of said fluid in a second section of the conduit to a second so-called hot reservoir, characterized in that the device further comprises a device for coupling the turbine with the pump configured so that the mechanical energy produced by the turbine is reused for actuating the pump.

Selon des modes d'exécution préférés de l'invention, le dispositif comprend en outre une ou une combinaison adéquate des caractéristiques suivantes :

  • la turbine est du même type que la pompe mais utilisée en sens inverse ;
  • le dispositif de couplage est un dispositif mécanique ;
  • le dispositif de couplage est un dispositif électrique ;
  • le dispositif de couplage mécanique comprend une boîte à engrenages avec un accouplement à cardan situé côté turbine ;
  • le dispositif de couplage électrique comprend un moteur asynchrone accouplé à la turbine et faisant office de génératrice, la pompe étant également actionnée par un moteur asynchrone ;
  • la pompe ou la turbine est du type à axe vertical, mono- ou multi-étagée (multi)cellulaire avec roues à aubes radiales fermées ou semi-ouvertes ;
  • la pompe ou la turbine est située au-dessus du réservoir ou est à corps immergé ;
  • la pompe et la turbine sont conçues pour fonctionner avec un mélange de sels fondus dont la température est comprise entre 100 et 600°C.
According to preferred embodiments of the invention, the device further comprises one or a suitable combination of the following features:
  • the turbine is of the same type as the pump but used in the opposite direction;
  • the coupling device is a mechanical device;
  • the coupling device is an electrical device;
  • the mechanical coupling device comprises a gearbox with a cardan coupling located on the turbine side;
  • the electrical coupling device comprises an asynchronous motor coupled to the turbine and acting as a generator, the pump being also actuated by an asynchronous motor;
  • the pump or the turbine is of the type with vertical axis, mono- or multi-stage (multi) cellular with closed or semi-open radial impeller wheels;
  • the pump or turbine is located above the tank or is immersed;
  • the pump and the turbine are designed to operate with a mixture of molten salts with a temperature between 100 and 600 ° C.

Un second objet de la présente invention se rapporte à une installation de production d'énergie à concentration solaire comprenant :

  • une pluralité d'héliostats disposés au sol autour d'une tour centrale de concentration, ladite tour comprenant en son sommet au moins un échangeur thermo-solaire ;
  • un premier circuit de transport de sels fondus à partir d'un premier réservoir de stockage dit froid vers ledit échangeur et retour vers un second réservoir de stockage dit chaud pour les sels fondus portés à haute température, ledit échangeur se trouvant au somment de la tour, c'est-à-dire à une hauteur supérieure à celle des réservoirs ;
  • un second circuit de génération de vapeur par échange thermique avec le premier circuit en sels fondus et de production d'électricité via un système turbine/générateur ;
caractérisée en ce que l'installation comprend en outre le dispositif comprenant au moins une pompe verticale et au moins une turbine associée comme décrit ci-dessus.A second subject of the present invention relates to a solar energy production installation comprising:
  • a plurality of heliostats disposed on the ground around a central concentration tower, said tower comprising at its peak at least one heat exchanger;
  • a first circuit for transporting molten salts from a first so-called cold storage tank to said exchanger and return to a second so-called hot storage tank for molten salts heated at high temperature, said exchanger being at the top of the tower that is to say at a height greater than that of the tanks;
  • a second heat exchange steam generation circuit with the first molten salt circuit and electricity generation via a turbine / generator system;
characterized in that the installation further comprises the device comprising at least one vertical pump and at least one associated turbine as described above.

Avantageusement, la différence de niveau entre les réservoirs de stockage en sels fondus et les échangeurs au sommet de la tour est d'au moins 150 m.Advantageously, the difference in level between the molten salt storage tanks and the exchangers at the top of the tower is at least 150 m.

Avantageusement encore, les pressions en sels fondus peuvent aller jusqu'à 60 bar.Advantageously, the molten salt pressures can be up to 60 bar.

De préférence, les sels fondus comprennent le nitrate de sodium, de potassium et/ou de lithium.Preferably, the molten salts include sodium, potassium and / or lithium nitrate.

Brève description des figuresBrief description of the figures

Des exemples de réalisation suivant l'état de la technique et l'invention sont décrits par la suite avec plus de détails à l'aide des figures annexées.Examples of embodiments according to the state of the art and the invention are described below in more detail with the aid of the appended figures.

La figure 1, déjà mentionnée, montre schématiquement une centrale à concentration solaire CSP du type à tour centrale, avec circulation de sel fondu et couplage à un système conventionnel de production d'électricité.The figure 1 , already mentioned, schematically shows a central tower type CSP solar power plant, with circulation of molten salt and coupling to a conventional power generation system.

La figure 2 montre une vue schématique du système de couplage mécanique, selon l'invention, entre la pompe d'acheminement du fluide caloporteur vers la tour centrale et la turbine de récupération de puissance au retour du fluide caloporteur vers le réservoir de stockage.The figure 2 shows a schematic view of the mechanical coupling system, according to the invention, between the pump for conveying the heat transfer fluid to the central tower and the power recovery turbine at the return of the heat transfer fluid to the storage tank.

Description de formes d'exécution préférées de l'inventionDescription of preferred embodiments of the invention

Selon une première forme d'exécution préférée de la présente invention, les pompes 3 et les turbines de récupération de puissance 4 sont mécaniquement couplées ensemble afin de récupérer de l'énergie avec le meilleur rendement possible.According to a first preferred embodiment of the present invention, the pumps 3 and the power recovery turbines 4 are mechanically coupled together in order to recover energy with the best possible efficiency.

Le type de pompe nécessaire pour l'application en sel fondu selon l'invention est spécifique. On trouvera par exemple les caractéristiques suivantes pour de telles pompes :

  • axe vertical ;
  • construction mono- ou multi-étagée (multi)cellulaire avec roues fermées (ou semi-ouvertes) ;
  • installation au-dessus du réservoir de sel, de préférence à corps immergé, afin de simplifier le drainage ;
  • construction avec arbre en porte-à-faux possible si la profondeur d'immersion de la pompe, c'est-à-dire la distance entre la taque d'assise et la tubulure d'aspiration est suffisamment faible ; à défaut, nécessité de paliers intermédiaires sur la ligne d'arbre ;
  • étanchéité d'arbre avec la plaque d'assise réalisée par un labyrinthe, avec retour par gravité des fuites vers le réservoir ;
  • moteur électrique à fréquence variable ;
  • utilisation de matériaux et d'une construction adéquats pour supporter les hautes températures des sels fondus, etc. Les matériaux utilisés seront par exemple résistants à la corrosion et à l'abrasion.
The type of pump required for the application of molten salt according to the invention is specific. For example, the following characteristics for such pumps are:
  • vertical axis;
  • single- or multi-stage (multi) cellular construction with closed (or semi-open) wheels;
  • installation above the salt reservoir, preferably with a submerged body, to simplify drainage;
  • construction with cantilevered shaft possible if the depth of immersion of the pump, that is to say the distance between the seat plate and the suction pipe is sufficiently low; failing this, the need for intermediate bearings on the shaft line;
  • shaft sealing with the base plate made by a labyrinth, with return by gravity of leaks to the tank;
  • variable frequency electric motor;
  • use of materials and construction adequate to withstand the high temperatures of molten salts, etc. The materials used will for example be resistant to corrosion and abrasion.

De telles pompes ont déjà été utilisées dans le domaine solaire à collecteurs paraboliques au sol mais avec des pressions de fluide relativement faibles.Such pumps have already been used in the solar field with parabolic collectors on the ground but with relatively low fluid pressures.

La pompe doit être dimensionnée en tenant compte des trois paramètres suivants : sa longueur (environ 15 m par exemple), sa vitesse variable et la forte puissance requise.The pump must be dimensioned taking into account the following three parameters: its length (about 15 m for example), its variable speed and the high power required.

Avantageusement, selon l'invention, les turbines de récupération de puissance seront de la même conception, avec éventuellement des roues à aubes spécifiques. Il suffit en principe de faire fonctionner les pompes centrifuges en sens inverse pour se trouver en mode turbine. Le couplage mécanique pompe-turbine est assuré par une boîte à engrenages 21, avec accouplement à cardan 41 côté turbine afin de permettre les dilatations différentielles entre la pompe 3 et la turbine 4.Advantageously, according to the invention, the power recovery turbines will be of the same design, possibly with specific impeller wheels. he In principle, it is sufficient to operate the centrifugal pumps in the opposite direction to be in turbine mode. The mechanical coupling pump-turbine is provided by a gearbox 21, with cardan coupling 41 on the turbine side to allow differential expansion between the pump 3 and the turbine 4.

Dans l'état de l'art, on connaît uniquement des systèmes de couplage en ligne entre pompe horizontale et turbine, avec embrayage.In the state of the art, only in-line coupling systems are known between horizontal pump and turbine, with clutch.

Bien sûr, les turbines 4 ne peuvent pas récupérer la totalité de la puissance consommée par les pompes, vu les rendements des pompes et des turbines, jouant en sens opposé.Of course, the turbines 4 can not recover all the power consumed by the pumps, given the efficiency of the pumps and turbines, playing in opposite directions.

Toujours selon l'invention, la compensation de la différence de puissance sera assurée par des pompes électriques de même type (non représentées), d'ailleurs nécessaires pour vaincre les pertes de charge et aussi pour démarrer le système.Still according to the invention, the compensation of the power difference will be provided by electric pumps of the same type (not shown), moreover necessary to overcome the losses and also to start the system.

Selon une seconde forme d'exécution préférée de la présente invention, les pompes 3 et les turbines de récupération 4 seront couplées électriquement. Les pompes 3 sont actionnées par un moteur asynchrone et les turbines sont accouplées à un moteur asynchrone également faisant office de génératrice, le moteur de turbine étant plus rapide.According to a second preferred embodiment of the present invention, the pumps 3 and the recovery turbines 4 will be electrically coupled. The pumps 3 are actuated by an asynchronous motor and the turbines are coupled to an asynchronous motor also acting as a generator, the turbine engine being faster.

Liste des repèresList of landmarks

11
Tour à concentration solaireSolar Concentration Tower
22
Réservoir de sel froidCold salt tank
33
Pompe d'alimentation vers la tourFeed pump to the tower
44
Turbine de récupérationTurbine recovery
55
Réservoir de sel chaudHot salt tank
66
Pompe de circulation vers le générateur de vapeurCirculation pump to the steam generator
77
Générateur de vapeurSteam generator
88
Turbine(s)Turbine (s)
99
Générateur d'électricitéElectricity generator
1010
CondenseurCondenser
1111
Désaérateurdeaerator
1212
Economiseursaver
1313
Chaudière bouilloireBoiler kettle
1414
SurchauffeurSuperheater
1515
Resurchauffeurresurchauffeur
1616
Pompe de mélangeMixing pump
1717
Circuit de sel fonduMolten salt circuit
1818
Circuit eau/vapeurWater / steam circuit
2020
Récepteurs solaires et échangeursSolar receivers and exchangers
2121
Boîte à engrenagesGearbox
4141
Arbre à cardansCardan shaft
Tableau 1Table 1 TOURTOWER CYCLE DE TURBINETURBINE CYCLE NominalNominal Duréeduration heureshours 66 2424 17,917.9 StockageStorage MWh thermMWh therm 25532553 MWh élecMWh elec 894894 894894 Puissance absorbéeAbsorbed power MWMW 425425 TurbineTurbine 37,337.3 5050 Débit de selSalt flow kg/skg / s 970970 Vers les échangeursTo the exchangers 242242 325325 Temp. du réservoir froidTemp. cold tank °C° C 260260 Condenseur TCondenser T °C° C 45,845,8 Temp. du réservoir chaudTemp. hot tank °C° C 550550 Condenseur PCondenser P barbar 0,100.10 Poids de selSalt weight tonnestons 2095220952 Déaérateur TT deaerator °C° C 105105 VolumeVolume m3 m 3 1204012040 DiamètreDiameter mm 3131 HauteurHeight mm 1616 Débit de vapeurSteam flow kg/skg / s 30,830.8 41,241.2 Pression de vapeurSteam pressure barbar 120120 120120 Temp. de vapeurTemp. Steam °C° C 530530 530530 Pression de réchauffageHeating pressure barbar 2020 2020 Temp. de réchauffageTemp. reheating °C° C 530530 530530

Claims (13)

Dispositif comprenant au moins une pompe verticale (3) et au moins une turbine associée (4), pour le transport, sur une différence de niveau, d'un fluide caloporteur porté à haute température, la pompe (3) assurant un mouvement ascendant dudit fluide dans une première section d'un conduit (17) à partir d'un premier réservoir dit froid (2) et la turbine (4) étant actionnée par ledit fluide lors du mouvement de retour descendant dudit fluide dans une seconde section du conduit (17) vers un second réservoir dit chaud (5), caractérisé en ce que le dispositif comprend en outre un dispositif de couplage de la turbine (4) avec la pompe (3) configuré pour que l'énergie mécanique produite par la turbine (4) soit réutilisée pour l'actionnement de la pompe (3).Device comprising at least one vertical pump (3) and at least one associated turbine (4), for the transport, on a difference in level, of a heat transfer fluid carried at high temperature, the pump (3) ensuring an upward movement of said fluid in a first section of a duct (17) from a first so-called cold reservoir (2) and the turbine (4) being actuated by said fluid during the downward return movement of said fluid in a second section of the duct ( 17) to a second so-called hot reservoir (5), characterized in that the device further comprises a device for coupling the turbine (4) with the pump (3) configured so that the mechanical energy produced by the turbine (4) ) is reused for the operation of the pump (3). Dispositif selon la revendication 1, caractérisée en ce que la turbine (4) est du même type que la pompe (3) mais utilisée en sens inverse.Device according to claim 1, characterized in that the turbine (4) is of the same type as the pump (3) but used in the opposite direction. Dispositif selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de couplage est un dispositif mécanique (21, 41).Device according to claim 1, characterized in that the coupling device is a mechanical device (21, 41). Dispositif selon la revendication 1, caractérisée en ce que le dispositif de couplage est un dispositif électrique.Device according to claim 1, characterized in that the coupling device is an electrical device. Dispositif selon la revendication 3, caractérisée en ce que le dispositif de couplage mécanique comprend une boîte à engrenages (21) avec un accouplement à cardans (41) situé côté turbine (4).Device according to claim 3, characterized in that the mechanical coupling device comprises a gearbox (21) with a cardan coupling (41) located on the turbine side (4). Dispositif selon la revendication 4, caractérisée en ce que le dispositif de couplage électrique comprend un moteur asynchrone accouplé à la turbine (4) et faisant office de génératrice, la pompe (3) étant également actionnée par un moteur asynchrone.Device according to Claim 4, characterized in that the electrical coupling device comprises an asynchronous motor coupled to the turbine (4) and serving as a generator, the pump (3) being also actuated by an asynchronous motor. Dispositif selon la revendication 2, caractérisée en ce que la pompe (3) ou la turbine (4) est du type à axe vertical, mono- ou multi-étagée (multi)cellulaire avec roues à aubes radiales fermées ou semi-ouvertes.Device according to claim 2, characterized in that the pump (3) or the turbine (4) is of the type with vertical axis, mono- or multi-stage (multi) cellular with closed or semi-open radial impeller wheels. Dispositif selon la revendication 7, caractérisée en ce que la pompe (3) ou la turbine (4) est située au-dessus du réservoir ou est à corps immergé.Device according to claim 7, characterized in that the pump (3) or the turbine (4) is located above the tank or is immersed body. Dispositif selon la revendication 1, caractérisée en ce que la pompe (3) et la turbine (4) sont conçues pour fonctionner avec un mélange de sels fondus dont la température est comprise entre 100 et 600°C.Device according to Claim 1, characterized in that the pump (3) and the turbine (4) are designed to operate with a mixture of molten salts whose temperature is between 100 and 600 ° C. Installation de production d'énergie à concentration solaire comprenant : - une pluralité d'héliostats disposés au sol autour d'une tour centrale (1) de concentration, ladite tour comprenant en son sommet au moins un échangeur thermo-solaire (20) ; - un premier circuit (17) de transport de sels fondus à partir d'un premier réservoir de stockage dit froid (2) vers ledit échangeur (20) et retour vers un second réservoir de stockage dit chaud (5) pour les sels fondus portés à haute température, ledit échangeur (20) se trouvant au sommet de la tour (1), c'est-à-dire à une hauteur supérieure à celle des réservoirs (2, 5) ; - un second circuit (18) de génération de vapeur par échange thermique avec le premier circuit (17) en sels fondus et de production d'électricité via un système turbine/générateur (7, 8, 9) ; caractérisée en ce que l'installation comprend en outre le dispositif comprenant au moins une pompe verticale (3) et au moins une turbine associée (4) selon l'une quelconque des revendications précédentes.Solar concentrating power generation facility comprising: - A plurality of heliostats arranged on the ground around a central tower (1) of concentration, said tower comprising at its summit at least one heat exchanger-solar (20); a first circuit (17) for transporting molten salts from a first so-called cold storage tank (2) to said heat exchanger (20) and back to a second so-called hot storage tank (5) for molten salts carried at high temperature, said exchanger (20) being at the top of the tower (1), that is to say at a height greater than that of the tanks (2, 5); - a second circuit (18) for steam generation by heat exchange with the first circuit (17) molten salt and electricity production via a turbine / generator system (7, 8, 9); characterized in that the installation further comprises the device comprising at least one vertical pump (3) and at least one associated turbine (4) according to any one of the preceding claims. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que la différence de niveau entre les réservoirs de stockage en sels fondus (2, 5) et les échangeurs (20) au sommet de la tour est d'au moins 150 m.Plant according to claim 10, characterized in that the level difference between the molten salt storage tanks (2, 5) and the exchangers (20) at the top of the tower is at least 150 m. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que les pressions en sels fondus peuvent aller jusqu'à 60 bar.Plant according to claim 10, characterized in that the molten salt pressures can be up to 60 bar. Installation selon la revendication 10, caractérisée en ce que les sels fondus comprennent le nitrate de sodium, de potassium et/ou de lithium.Plant according to claim 10, characterized in that the molten salts comprise sodium, potassium and / or lithium nitrate.
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