ES2323355B2 - Metodo para incrementar la potencia electrica neta de centrales termosolares. - Google Patents

Metodo para incrementar la potencia electrica neta de centrales termosolares. Download PDF

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Abstract

Método para incrementar la potencia eléctrica neta de centrales termosolares.
La presente invención permite incrementar la potencia
eléctrica neta suministrada a la red por las centrales termosolares, al disminuir el consumo eléctrico de los servicios auxiliares, de forma que se accionan las bombas principales de servicios auxiliares con turbinas de vapor (turbobombas) directamente utilizando energía térmica
producida en la central. Por un lado se aprovecha la energía térmica directamente para alimentar los servicios auxiliares en los días que la radiación solar es mayor que la radiación de diseño ya que el generador y la turbina no pueden sobrepasar su potencia asignada y se debe reducir la producción térmica, ante la imposibilidad de transformar dicha energía en energía eléctrica. Por otra parte el rendimiento del accionamiento de las bombas de servicios auxiliares es mejor al utilizar vapor para accionar las bombas a través de una turbina de vapor (turbobombas) en lugar de accionarlas con motores eléctricos (motobombas).

Description

Método para incrementar la potencia eléctrica neta de centrales termosolares.
Campo de la invención
La presente invención es de aplicación para centrales termosolares basadas en captación de energía a través de un fluido térmico y posterior generación de vapor, para generar energía eléctrica a través de una turbina de vapor y un generador eléctrico.
Antecedentes de la invención
Las centrales termosolares están diseñadas para unas condiciones de radiación solar determinada, por lo que en el caso de condiciones de mayor radiación el sistema no puede aprovechar toda la energía térmica solar disponible. Este tipo de centrales tienen por tanto algún sistema de regulación para dejar fuera de servicio parte de los captadores en este caso de alta radiación. Por otro lado ni la turbina de vapor ni el generador eléctrico podrían evacuar más potencia que su potencia asignada a la red eléctrica.
Adicionalmente estas centrales se caracterizan por tener un consumo elevado de energía para bombear el fluido térmico y el agua de alimentación al generador de vapor. En las centrales actuales todas las bombas son accionadas a través de motores eléctricos, algunos de ellos con variadores de velocidad.
Descripción de la invención
Un aspecto de la invención se refiere a un método para incrementar la potencia eléctrica neta de centrales termosolares vertida en la red eléctrica que comprenden una pluralidad de bombas de servicios auxiliares. Las bombas de servicios auxiliares son accionadas mediante turbinas de vapor (turbobombas), utilizando para ello de forma más directa la energía térmica producida en la central, reduciendo el consumo eléctrico de servicios auxiliares y por tanto obteniendo una mayor energía eléctrica neta en la interconexión con la red eléctrica. Conforme a otras características de la invención:
Las bombas de fluido térmico son accionadas mediante turbinas de vapor.
Las bombas de alimentación de agua al generador de vapor son accionadas mediante turbinas de vapor.
Las bombas de alimentación de agua al generador de vapor y las bombas de fluido térmico son accionadas mediante turbinas de vapor.
Breve descripción de los dibujos
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1 muestra un esquema simplificado de una central termosolar con los accionamientos eléctricos de las bombas; se han considerado sólo las bombas de fluido térmico y de agua alimentación al generador de vapor, donde:
(1)
Captadores solares
(2)
Quemador auxiliar de gas natural u otro combustible.
(3)
Generador de vapor. Cambiador de calor fluido térmico y vapor.
(4)
Bomba de fluido térmico.
(5)
Válvulas de regulación del fluido térmico.
(6)
Turbina de vapor principal
(7)
Generador eléctrico
(8)
Condensador.
(9)
Bomba de alimentación de agua al generador de vapor.
(10)
Transformador principal
(11)
Red eléctrica
(12)
Transformador de servicios auxiliares
(13)
Motores eléctricos
(14)
Variadores de velocidad para motores eléctricos.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 2 muestra el esquema simplificado de la central termosolar de la figura 1, con los accionamientos de las bombas principales mediante turbinas de vapor, donde:
(1)
Captadores solares
(2)
Quemador auxiliar de gas natural u otro combustible.
(3)
Generador de vapor. Cambiador de calor fluido térmico y vapor.
(4)
Bomba de fluido térmico.
(5)
Válvulas de regulación del fluido térmico.
(6)
Turbina de vapor principal
(7)
Generador eléctrico
(8)
Condensador.
(9)
Bomba de alimentación de agua al generador de vapor.
(10)
Transformador principal
(11)
Red eléctrica
(12)
Transformador de servicios auxiliares
(15)
Turbina de vapor para accionar la bomba de fluido térmico
(16)
Turbina de vapor para accionar la bomba de alimentación de agua al generador de vapor.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 3 muestra el esquema simplificado de la central termosolar de la figura 1, con los accionamientos de las bombas de fluido térmico mediante turbinas de vapor, donde:
(1)
Captadores solares
(2)
Quemador auxiliar de gas natural u otro combustible.
(3)
Generador de vapor. Cambiador de calor fluido térmico y vapor.
(4)
Bomba de fluido térmico.
(5)
Válvulas de regulación del fluido térmico.
(6)
Turbina de vapor principal
(7)
Generador eléctrico
(8)
Condensador.
(9)
Bomba de alimentación de agua al generador de vapor.
(10)
Transformador principal
(11)
Red eléctrica
(12)
Transformador de servicios auxiliares
(13)
Motores eléctricos
(14)
Variadores de velocidad para motores eléctricos.
(15)
Turbina de vapor para accionar la bomba de fluido térmico.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 4 muestra el esquema simplificado de la central termosolar de la figura 1, con los accionamientos de las bombas principales mediante turbinas de vapor alimentadas con vapor de una extracción de la turbina principal, donde:
(1)
Captadores solares
(2)
Quemador auxiliar de gas natural u otro combustible.
(3)
Generador de vapor. Cambiador de calor fluido térmico y vapor.
(4)
Bomba de fluido térmico.
(5)
Válvulas de regulación del fluido térmico.
(6)
Turbina de vapor principal
(7)
Generador eléctrico
(8)
Condensador.
(9)
Bomba de alimentación de agua al generador de vapor.
(10)
Transformador principal
(11)
Red eléctrica
(12)
Transformador de servicios auxiliares
(15)
Turbina de vapor para accionar la bomba de fluido térmico
(16)
Turbina de vapor para accionar la bomba de alimentación de agua al generador de vapor.
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La figura 5 muestra el esquema simplificado de la central termosolar de la figura 1, con los accionamientos de las bombas de fluido térmico mediante turbinas de vapor alimentadas con vapor de una extracción de la turbina principal, donde:
(1)
Captadores solares
(2)
Quemador auxiliar de gas natural u otro combustible.
(3)
Generador de vapor. Cambiador de calor fluido térmico y vapor.
(4)
Bomba de fluido térmico.
(5)
Válvulas de regulación del fluido térmico.
(6)
Turbina de vapor principal
(7)
Generador eléctrico
(8)
Condensador.
(9)
Bomba de alimentación de agua al generador de vapor.
(10)
Transformador principal
(11)
Red eléctrica
(12)
Transformador de servicios auxiliares
(13)
Motores eléctricos
(14)
Variadores de velocidad para motores eléctricos.
(15)
Turbina de vapor para accionar la bomba de fluido térmico
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Descripción de una realización preferida de la invención
La presente invención se refiere a un método para incrementar la potencia eléctrica neta de centrales termosolares, reduciendo el consumo eléctrico de los servicios auxiliares. Los auxiliares más importantes de la planta son accionados con turbinas de vapor (turbobombas) en lugar de accionarlos con motores eléctricos (motobombas) como se hace actualmente.
El hecho de utilizar turbinas de vapor para el accionamiento de las bombas presenta las siguientes ventajas:
-
Utilizar energía térmica solar que de otra forma no se puede aprovechar, en caso de alta radiación.
-
Mejorar el rendimiento global del accionamiento, en cualquier caso.
El sistema de control de las centrales termosolares, en caso de tener radiación superior a la de diseño, deja fuera de servicio algunos de los captadores solares (1), cuando el generador (7) y la turbina (6) hayan ya alcanzado su potencia asignada.
Por tanto, el sistema objeto de la presente invención, al realizar el accionamiento de las bombas de servicios auxiliares a través de turbinas de vapor, permite aprovechar la energía térmica que en estos días de alta radiación, no se aprovecharía.
Por otro lado la energía térmica procedente de los captadores solares (1), se transforma en vapor, en el generador de vapor (3) para ser transformada en energía mecánica en la turbina de vapor principal (6) y finalmente en el generador (7) se convierte en energía eléctrica, que es en parte cedida a la red eléctrica (11) a través del transformador principal (10). Y otra parte de la energía eléctrica generada por el generador (7) es consumida por los servicios auxiliares, que son alimentados a través del transformador de servicios auxiliares (12). Dentro de los servicios auxiliares que se deben alimentar en este tipo de centrales eléctricas destacan por su potencia las bombas de fluido térmico (4) y las bombas de alimentación de agua al generador de vapor (9), que son las bombas de mayor potencia.
Por tanto para el accionamiento de las bombas de la central a través de motores eléctricos (13), la energía procedente de los captadores solares sufre seis transformaciones energéticas, a través de los elementos anteriormente citados: generador de vapor (3), turbina de vapor principal (6), generador eléctrico (7), transformador de servicios auxiliares (12), variadores de velocidad para motores eléctricos (14) y motores eléctricos (13).
En el caso de accionar las bombas tal como se propone en la presente invención, la energía proveniente de los captadores solares (1), se transforma en vapor en el generador de vapor (3), y con parte del vapor generado se acciona las turbinas de vapor (15, 16) que accionan las bombas de fluido térmico (4) y bombas de agua de alimentación al generador de vapor (9). De esta forma, sólo se producen dos transformaciones energéticas, obteniendo por tanto un mayor rendimiento de los accionamientos con el consiguiente ahorro energético y la posibilidad de obtención de una mayor potencia eléctrica neta de la central termosolar.
Una realización de la invención ilustrada en la figura 3 se refiere al accionamiento de las bombas de fluido térmico mediante turbinas de vapor donde el vapor se obtiene del generador de vapor.
Otra realización de la invención ilustrada en la figura 5 se refiere al accionamiento de las bombas de fluido térmico mediante turbinas de vapor donde el vapor se obtiene de una extracción de la turbina principal de vapor.
En estas dos realizaciones el accionamiento de las bombas del fluido térmico se realiza a través de turbobombas, utilizando la energía. térmica obtenida del sol en forma de vapor, procedente del mismo circuito que alimenta la turbina de vapor principal, o bien de una extracción de esta.
Otras realizaciones de la invención ilustradas en las figuras 2 y 4, se refieren al accionamiento de las bombas de fluido térmico y de agua de alimentación al generador de vapor mediante turbinas de vapor.
En este caso los accionamientos de las bombas del fluido térmico y de agua de alimentación al generador de vapor se realizan a través de turbinas de vapor, turbobombas, utilizando la energía térmica obtenida del sol en forma de vapor, procedente del mismo circuito que alimenta la turbina de vapor principal o de una extracción de esta.

Claims (1)

1. Método para incrementar la potencia eléctrica neta de centrales termosolares que comprenden al menos de:
\bullet
una pluralidad de colectores solares (1) para la captación de energía solar y cesión de dicha energía a un fluido térmico que circula a través de un circuito de fluido térmico;
\bullet
un generador eléctrico (7) para generar la electricidad que pasa a la red eléctrica;
\bullet
una turbina de vapor (6) principal con su eje de salida dispuesto para mover el generador eléctrico (7) y ésta (6) interpuesta en un circuito de agua;
\bullet
un generador de vapor (3) constituido mediante un intercambiador de calor para la transferencia del calor del fluido térmico que fluye a lo largo del circuito de fluido térmico calentado por los colectores solares (1) al circuito de agua para la generación de vapor que mueve la turbina de vapor (6) principal de tal modo que la salida de vapor del generador de vapor (3) está conectada con la entrada de la turbina de vapor (6) principal;
\bullet
una bomba (4) de fluido térmico para la impulsión del fluido térmico calentado por los colectores solares (1);
\bullet
una bomba (9) de alimentación de agua del generador de vapor (3) dispuesta en el circuito de agua tal que su entrada está conectada con la salida de la turbina de vapor (6) principal y su salida está conectada con la entrada del generador de vapor (3);
caracterizado porque adicionalmente la central termosolar comprende:
\bullet
una o más turbinas de vapor (15) independientes entre sí y distintas de la turbina de vapor (6) principal, alimentadas del vapor generado por el generador de vapor (3), destinadas para el accionamiento de la bomba (4) de fluido térmico y de la bomba (9) de alimentación de agua del generador de vapor (3),
permitiendo el uso de la energía excedente en días de alta radiación en la impulsión de las bombas (4, 9) sin reducir la potencia neta de salida del generador eléctrico (6).
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