ES2272974T3 - Central de potencia para la generacion de frio. - Google Patents

Abstract

Utilización de una central de potencia (1), que comprende al menos una turbina de vapor (5), en la que para la generación de frío al menos una máquina de refrigeración del tipo de absorción (10) está conectada con la turbina de vapor (5), y en la que la máquina de refrigeración del tipo de absorción (10) es accionada por medio de vapor 812), que se toma desde la turbina de vapor (5), de una manera preferida vapor de extracción (12) desde una parte de baja presión (9) de la turbina de vapor (5), para la climatización central de un número de edificios.

Description

Central de potencia para la generación de frío.

La invención se refiere a la utilización de una central de potencia con al menos una turbina de vapor y/o al menos una turbina de gas.

Se conocen centrales de potencia de este tipo, por ejemplo, a partir de los documentos US 4 942 734 y US 3 041 853.

Uno de los cometidos técnicos más importantes de la actualidad es el tratamiento económico de los portadores de energía disponibles durante la generación y el consumo de energía.

Para la generación de energía eléctrica, pero también para el desacoplamiento de calor remoto, se utilizan con frecuencia centrales de potencia grandes con respecto a su potencia instalada, que aseguran un abastecimiento central de muchos consumidores y de regiones grandes con energía eléctrica y calor remoto.

Se puede realizar un abastecimiento central de este tipo con energía eléctrica y energía térmica, en comparación con un abastecimiento descentralizado, con muchas instalaciones aisladas más pequeñas con un coste más favorable y de una manera especialmente económica.

Este llamado acoplamiento de fuerza y calor conocido es prácticamente independiente del tipo de central utilizado, del tamaño de la central de potencia y del combustible utilizado. En este caso, solamente es decisivo que esté disponible una fuente de calor con una temperatura adecuada en el lado primario para el calentamiento de un medio calefactor. Como medio calefactor se utiliza actualmente casi exclusivamente agua caliente.

Para la realización del acoplamiento de fuerza y calor conocido, se desacopla la mayoría de las veces calor a partir del proceso de la central de potencia, que debería descargarse en otro caso totalmente o al menos en su mayor parte inutilizado como calor de pérdida al medio ambiente.

Como fuente de calor para un acoplamiento de fuerza y calor de este tipo se puede utilizar, por ejemplo, vapor de una turbina de vapor, que se extrae, por ejemplo, de una parte de baja presión de la turbina de vapor. El medio calefactor puede ser calentado entonces por el calor de toma, cediendo éste por medio de intercambio de calor su calor de condensación contenido en el mismo hacia el medio calefactor.

Una alimentación de este tipo de calor por medio del acoplamiento de fuerza y calor descrito es especialmente económica, puesto que se puede utilizar calor de procesos que permanece inutilizado en otro caso, por ejemplo para la calefacción de edificios.

Al contrario de la alimentación central mencionada con energía eléctrica y energía térmica, se conoce actualmente para la generación de frío, generar este frío de una manera casi exclusiva de forma descentralizada, la mayoría de las veces en centrales de potencia calefactora para bloques de viviendas, o directamente en el lugar, la mayoría de las veces en las viviendas propiamente dichas.

Una alimentación de frío descentralizada de este tipo es muy intensiva de costes y de energía, puesto que o bien deben instalarse centrales calefactoras para bloques de viviendas para el abastecimiento de consumidores con gran necesidad de frío o, en el caso del abastecimiento de frío directamente en la vivienda, debe aplicarse una cantidad grande de energía eléctrica, con el fin de generar la cantidad de frío deseada.

Por lo tanto, la invención tiene el cometido de indicar una generación económica de frío.

Para la solución de este cometido está prevista la utilización de una central de potencia, que puede cubrir de una manera económica, además de una necesidad de energía mecánica (en general eléctrica, también una necesidad grande de frío, y en este caso se puede utilizar de una manera flexible y soluciona especialmente los inconvenientes mencionados de los dispositivos conocidos para la generación de frío.

El cometido se soluciona de acuerdo con la invención a través de la utilización de una central de potencia de acuerdo con la reivindicación 1.

La invención parte en este caso de la consideración de que las centrales de potencia, que contienen un proceso circular de Clausius-Rankine, ofrecen condiciones previas muy buenas para la integración de un dispositivo de generación de frío.

Tales centrales de potencia con circuito de vapor y agua contienen, condicionadas por el sistema, una serie de sistemas, que se pueden utilizar de una manera sencilla para el acoplamiento de una máquina de refrigeración del tipo de absorción.

Para la generación de frío se utiliza la mayoría de las veces un circuito, en el que se expande un refrigerante líquido (por ejemplo, amoníaco), de tal manera que pasa a la fase en forma de vapor y en este caso recibe calor desde un espacio de refrigeración, un circuito de agua de refrigeración o desde otra parte de la instalación. A continuación se comprime el valor del refrigerante y se cede este calor de nuevo fuera de la parte de la instalación mencionada a través de refrigeración. Para las instalaciones de climatización se utiliza con frecuencia agua como refrigerante, puesto que a una presión próxima al vacío se evapora aproximadamente a 4ºC, es decir, que se puede poner a la disposición de un circuito de agua de refrigeración un avance de agua fría a 6ºC aproximadamente.

De acuerdo con el principio de una máquina de refrigeración del tipo de absorción, se comprime el vapor refrigerante porque es absorbido en una solución (por ejemplo, en una solución acuosa de litio y bromuro, cuando se utiliza agua como refrigerante), luego es expulsado de nuevo a través del calentamiento de la solución y es desplazado a una fase líquida. En lugar de un compresor mecánico, que está sometido a desgaste y que consume energía mecánica o bien eléctrica, se utiliza, por lo tanto, un extractor, que es accionado en una medida predominante (o incluso de una manera exclusiva) con energía térmica, jugando un papel decisivo ahora la descarga del calor recibido durante la evaporación y la extracción.

Esta disipación del calor se puede realizar de una manera ventajosa en una torre de refrigeración o en un refrigerador celular, como está presente de todos modos en muchas centrales de potencia, por ejemplo en las centrales de potencia de condensación.

Para el funcionamiento de una máquina de refrigeración del tipo de absorción es necesario, por lo tanto, de la misma manera que durante la generación de calor de calefacción, que esté disponible una fuente de calor, que presenta de una manera preferida una temperatura de aproximadamente 100ºC a 120ºC. En la presente invención, se utiliza como fuente de calor vapor de extracción desde una turbina de vapor.

Cuando se aplica la invención en una central de potencia de turbinas de gas o de gas y de vapor, se contempla como fuente de calor también el gas de escape caliente de la turbina de gas, que se toma, por ejemplo, en la dirección de la circulación del gas de escape detrás o en la zona del extremo de una caldera de calor perdido y se utiliza para el intercambio de calor con el medio calefactor.

Por lo tanto, la invención conduce también a una central de potencia, que comprende al menos una turbina de gas y en la que para la generación de frío al menos una máquina de refrigeración del tipo de absorción está conectada con la turbina de gas, siendo accionada la máquina de refrigeración del tipo de absorción por medio del calor de pérdida de la turbina de gas.

De una manera ventajosa, en una central de potencia de este tipo, la máquina de refrigeración del tipo de absorción se puede emplear de una manera adicional o alternativa para la refrigeración de otros consumidores de frío también para la refrigeración del aire de aspiración de la turbina de gas.

En muchas de las centrales de potencia existentes, que comprenden una turbina de vapor, es posible de una manera sencilla desacoplar vapor desde la turbina de vapor y accionar de esta manera una máquina de refrigeración del tipo de absorción; de este modo es posible en muchos casos ampliar con un gasto reducido las centrales de potencia existentes con la función de una alimentación central de frío.

Además de la fuente de calor necesaria para el funcionamiento de la máquina de absorción, ésta contiene también componentes que deben refrigerarse. En este caso, se trata, por ejemplo, de un depósito que está a vacío, que contiene la solución de litio y bromuro mencionada anteriormente y que debe refrigerarse, o se trata de un condensador que está conectado delante del vacío.

Tales componentes a refrigerar de la máquina de refrigeración del tipo de absorción se pueden alimentar con agua de refrigeración, por ejemplo, al mismo tiempo, junto con un condensador de la turbina de vapor, que está presente de todos modos y que está alimentado con agua de refrigeración, estando esta agua de refrigeración bajo la influencia de la temperatura del medio ambiente y presentando, por lo tanto, para los fines de refrigeración mencionados, una temperatura que es suficientemente baja. En este caso, se puede tratar, por ejemplo, de agua, que se extrae de un río o de otras aguas residuales, que se encuentran en la proximidad de la central de potencia. Por lo tanto, el entorno representa, en comparación con los componentes que necesitan refrigeración, un sumidero de calor, de manera que el agua de refrigeración, que se conduce en este sumidero de calor y se alimenta a los componentes a refrigerar, está muy bien adaptada para los fines de refrigeración, sin que deban tomarse otras medidas, por ejemplo la reducción de la temperatura del agua de refrigeración. Aquí existe también una gran ventaja de la invención, puesto que en los dispositivos conocidos para la alimentación descentralizada de frío se plantea con frecuencia el problema de acondicionar un medio de refrigeración adecuado, que puede absorber suficiente energía durante la refrigeración de los componentes a refrigerar.

Otra ventaja de la invención consiste en que una máquina de refrigeración por absorción representa una técnica robusta e insensible, en la que deben emplearse a lo sumo bombas de circulación de líquido y en la que no tiene lugar ninguna comprensión del gas, como en las máquinas de frío de compresión conocidas. Por lo tanto, una máquina de frío de absorción no comprende en sus componentes esenciales prácticamente ninguna parte móvil y, por lo tanto, tiene muy poco mantenimiento.

Además, una máquina de refrigeración del tipo de absorción solamente presenta una necesidad de energía eléctrica muy reducida.

En una configuración ventajosa de la invención, al menos una parte del vapor extraído de la turbina de vapor puede ser alimentada a un intercambiador de calor para el calentamiento de un medio de calefacción, de una manera preferida agua caliente.

En esta configuración de la invención, la central de potencia está ampliada de tal forma que además de la generación de frío está prevista también una generación de calor. En este caso, por medio del vapor extraído desde la turbina de vapor se puede accionar, además de la máquina de refrigeración del tipo de absorción, ahora también un intercambiador de calor, por medio del cual se alimenta energía térmica a los consumidores de calor. En este caso, se puede tratar, por ejemplo, de instalaciones de calefacción, por ejemplo para edificios, que son accionados por medio de una corriente de agua caliente. La energía térmica necesaria para el calentamiento de la corriente de agua caliente es tomada del vapor extraído de la turbina de vapor a través de intercambio de calor.

En esta configuración de la invención, está realizada claramente un acoplamiento de fuerza - calor - frío para la alimentación central de consumidores con energía eléctrica, frío y calor.

El extractor de la máquina de absorción puede ser accionado directamente con el vapor de extracción o también indirectamente por medio de intercambio de calor con un medio de calefacción de extracción, por ejemplo agua. El vapor de extracción puede ser alimentado también a una instalación de climatización, donde ésta puede presentar un conmutador, por medio del cual el vapor de extracción se puede alimentar de una manera opcional al extractor de la máquina de refrigeración del tipo de absorción/por ejemplo para la generación de frío en el verano para fines de refrigeración) o al intercambiador de calor (por ejemplo para la generación de calor en el invierno para fines de calefacción; la máquina de refrigeración del tipo de absorción y/o el intercambiador de calor están comprendidos en este caso por la instalación de climatización.

En otra configuración ventajosa de la invención, la central de potencia comprende, además, al menos una turbina de gas, cuyo calor de pérdida es utilizado para la generación de vapor de funcionamiento para la turbina de vapor, pudiendo utilizarse la máquina de refrigeración del tipo de absorción de una manera adicional o alternativa para la refrigeración de otros consumidores de frío también para la refrigeración del aire de aspiración de la turbina de gas.

En esta configuración de la invención se trata de una llamada instalación de gas y vapor (instalación GuD), que comprende la máquina de refrigeración del tipo de absorción para la generación de frío.

Durante el funcionamiento de la turbina de gas se aspira aire, que se puede refrigerar de una manera ventajosa para la consecución de un incremento de la potencia. En la presente forma de realización de la invención, la generación de frío de la máquina de refrigeración del tipo de absorción está prevista al menos parcialmente y/o de una manera predominante para esta refrigeración del aire de aspiración, a saber, especialmente en aquellos casos de funcionamiento de la central de potencia, en los que los consumidores a refrigerar, que están conectados con la máquina de absorción, no agotan todo el potencial de frío de la máquina de frío de absorción y, por lo tanto, está disponible una oferta de frío excesiva, que se utiliza ahora para la refrigeración del aire de aspiración de las turbinas de gas.

De esta manera, se consigue una elevación de la potencia de la turbina de gas. Además, de esta manera se reducen también las oscilaciones en la cantidad de cesión del gas, de manera que se asegura especialmente un funcionamiento uniforme de la máquina de refrigeración del tipo de absorción.

La invención propuesta es adecuada en todas sus formas de realización, por ejemplo, para la climatización de zonas de viviendas, de bloques de viviendas grandes, de edificios de oficinas, de parques industriales, ce hospitales, de instalaciones públicas, etc. Los lugares de aplicación preferidos de la invención pueden ser en este caso especialmente las zonas climáticas más calientes de la tierra, en las que predominan unas temperaturas ambientales tan altas que es necesaria y/o deseable una climatización.

Otros lugares de aplicación posibles son, por ejemplo, centros de vacaciones en regiones tropicales y subtropicales.

A continuación se explica en detalle un ejemplo de realización de la invención.

En este caso:

La figura 1 muestra una central de potencia, que está diseñada como instalación GuD, y

La figura 2 muestra una central de potencia con una turbina de gas.

La figura muestra de forma esquemática una central de potencia 1, que está realizada como instalación GuD y que comprende una turbina de vapor 5 así como una turbina de gas 30.

El vapor de funcionamiento B de la turbina de vapor 5 es acondicionado en este caso por medio del calor de pérdida A de la turbina de gas 30.

La turbina de vapor 5 comprende una parte de alta presión 7 así como una parte de baja presión 9.

Una máquina de refrigeración del tipo de absorción 10 es accionada por medio de vapor de extracción 12, que se utiliza como fuente de calor. En este caso, este vapor de extracción 12 es alimentado a un extractor 14 de la máquina de refrigeración del tipo de absorción 10, que pone en marcha el proceso de absorción de la máquina de refrigeración del tipo de absorción 10. La salida del extractor 14 está conectada a través de una bomba 41 con una superficie calefactora 38, que está calentada a través del calor de pérdida A de la turbina de gas 30, con el fin de generar el vapor de funcionamiento B necesario para el funcionamiento de la turbina de vapor 5. El gas de escape de la turbina de gas 30 es alimentado a una torre de refrigeración 36 después del intercambio de calor con la superficie calefactora 38.

La máquina de refrigeración del tipo de absorción 10 trabaja en este ejemplo con un circuito para una solución de litio y bromuro, que circula en el circuito y que se calienta en este caso para la cesión de agua líquida en el extractor 14 a través del vapor de extracción y a continuación es refrigerada de nuevo para la absorción de vapor de agua en un aspirador de vapor de agua 16. El aspirador de vapor de agua 18 es, por lo tanto, un componente condicionado por la refrigeración y es alimentado con agua de refrigeración K, que se utiliza, por ejemplo, en paralelo a la refrigeración de un condensador 15 de la turbina de vapor 5 y que se toma, por ejemplo, desde una torre de refrigeración 25.

La parte de alta presión 7 y la parte de baja presión 9 de la turbina de vapor 5 están conectadas entre sí en el presente ejemplo de realización a través de una superficie calefactora 39, por ejemplo para el recalentamiento intermedio del valor parcialmente expandido.

Para la generación de energía eléctrica, la turbina de vapor 5 así como la turbina de vapor 30 están conectadas en cada caso en un generador G. La generación de frío por medio de la máquina de refrigeración del tipo de absorción 10 se lleva a cabo por medio de un evaporador 13, que está a una presión muy baja, especialmente casi a vacío. Esto tiene como consecuencia que el agua, que debe evaporarse por medio del evaporador 13, se evapora ya a una temperatura muy baja, por ejemplo a 4ºC. El vapor que se obtiene en este caso es aspirado por medio de aspirador de vapor de agua 16 desde el evaporador 13. Esto tiene como consecuencia que el agua, que está conducida a través del evaporador 13, debido a la temperatura baja prácticamente constante que predomina en el evaporador, está refrigerada a un valor próximo a esta temperatura baja, de manera que se genera una corriente de agua de refrigeración de avance 45 para la refrigeración de consumidores de frío 32 con una temperatura constante baja.

La máquina de refrigeración del tipo de absorción 10 es utilizada, además, en la presente forma de realización de la invención para accionar adicionalmente una superficie de refrigeración 34 por medio de la corriente de agua de refrigeración de avance, de manera que se refrigera el aire de aspiración L para la turbina de gas 30. De esta manera se consigue un incremento de la potencia de la turbina de gas. Además, a través de la combinación de las dos medidas, a saber, la alimentación de los consumidores de frío 32 así como la refrigeración del aire de aspiración L se puede conseguir una cantidad de salida de frío constante del frío de absorción de la máquina de frío de absorción 10.

El vapor de extracción 12 desde la parte de baja presión 9 de la turbina de vapor 5 se utiliza, además, para calentar un medio de calefacción 28 a través del intercambiador de calor 20, de manera que con la ayuda del medio de calefacción 28 se pueden alimentar consumidores de calor 27 con energía térmica.

A través de la forma de realización de la invención representada en la figura se realiza también un acoplamiento de fuerza - frío - calor, que es especialmente adecuado para la alimentación central de un gran número de consumidores con los tipos de energía mencionados.

De una manera similar a la red de calor remoto conocida de acoplamientos de fuerza y calor conocidos, a través de la invención es posible también lleva a la práctica una red de frío remoto para la alimentación central de frío y, por lo tanto, por ejemplo, realizad la climatización de grandes complejos de edificios con una necesidad de frío grande.

Esto es especialmente interesante en zonas climáticas más calientes de la tierra, en las que existe una gran necesidad de refrigeración y de climatización. A través del empleo de la invención se puede asegurar la alimentación con energía eléctrica, energía térmica y energía de frío.

La figura 2 muestra una central de potencia 50 con una turbina de gas 52, cuyo calor de pérdida AH es alimentado a una caldera de calor de pérdida AHK; el calor de pérdida AH', que abandona la caldera de calor de pérdida AHK, es utilizado aquí para el funcionamiento de una máquina de refrigeración del tipo de absorción 100. Los detalles sobre la forma de realización y de otra conexión de la caldera de calor de pérdida así como otros detalles de la central de potencia 50 no se representan aquí en detalle.

Claims (5)

1. Utilización de una central de potencia (1), que comprende al menos una turbina de vapor (5), en la que para la generación de frío al menos una máquina de refrigeración del tipo de absorción (10) está conectada con la turbina de vapor (5), y en la que la máquina de refrigeración del tipo de absorción (10) es accionada por medio de vapor 812), que se toma desde la turbina de vapor (5), de una manera preferida vapor de extracción (12) desde una parte de baja presión (9) de la turbina de vapor (5), para la climatización central de un número de edificios.

2. Utilización de acuerdo con la reivindicación 1, en la que al menos una parte del vapor (1) extraído desde la turbina de vapor (5) es alimentado a un intercambiador de calor (20) para el calentamiento de un medio de calefacción (28), con preferencia agua caliente.

3. Utilización de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 ó 2, en la que la central de potencia (1) comprende, además, al menos una turbina de gas (30), cuyo calor de pérdida es utilizado para la generación de vapor de funcionamiento (B) para la turbina de vapor (5), siendo utilizada la máquina de refrigeración del tipo de absorción (10) de una manera adicional o alternativa para la refrigeración de otros consumidores de frío (32) también para la refrigeración de aire de aspiración (L) de la turbina de gas (30).

4. Utilización de una central de potencia (50), que comprende al menos una turbina de gas (52), en la que para la generación de frío al menos una máquina de refrigeración del tipo de absorción (100) está conectada con la turbina de gas (52), siendo accionada la máquina de refrigeración del tipo de absorción (100) por medio de calor de pérdida (AH, AH') de la turbina de gas (52), para la climatización central de un número de edificios.

5. Utilización de acuerdo con la reivindicación 4, en la que la máquina de refrigeración del tipo de absorción (100) se emplea de una manera adicional o alternativa para la refrigeración de otros consumidores de frío (32) también para la refrigeración de aire de aspiración (L) de la turbina de gas (30).