ES2363959B2 - Método para almacenar energía solar térmica. - Google Patents

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Abstract

Un método para almacenar energía solar térmica incluye: adquirir energía solar térmica, realizar una reacción para producir hidrógeno a partir de agua, usando una parte de la energía solar térmica adquirida, y realizar una reacción para sintetizar amoníaco a partir de nitrógeno y del hidrógeno obtenido usando otra parte de la energía solar térmica adquirida.

Description

MÉTODO PARA ALMACENAR ENERGÍA SOLAR TÉRMICA
CAMPO TÉCNICO
El reciente calentamiento global se convierte en un
problema cada vez más serio y llega a tener una posibilidad
5
de amenazar la supervivencia humana en e l futuro . La
principal causa de ello es considerada e l dióxido de car bono
(C02) liberado a la atmósfera a partir de los combustibles
fósiles que han sido usados en gran canti dad como fuente de
energía en el siglo 20. Por consiguiente, se cree que no se
10
permitirá el uso continuado de combustibles fósiles en un
futuro próximo. Por otro lado, el aumento de la demanda de
energía con el rápido c recimiento en los paíse s llamados en
desarrol l o tales como China, India y Brasil lleva al temor
de que e l agotamiento de petróleo y gas natural, hasta ahora
15
considerados inextinguibles, resulte una realidad.
Si esta situación continúa, como se espera totalmente
también desde la r eciente y repentina subida del precio del
petróleo, los combustible s fósiles tales como el petróleo y
el gas natural no podrán ser usados como fuente de energía
2 O
barata dentro de veinte a treinta años. Consiguientemente,
se ha solicitado encontrar una nueva fuente de energía y un
nuevo combusti ble que nl emita dióxido de carbono, ni
dependa del combustible f ósil limit ado.
TÉCNICA ANTERIOR
25
Como energía alternativa para reemplazar la energía de
combustibles fósi les tales como ·petróleo y gas natural, se
están haciendo estudios actualmente sobre la energía del
carbón, la energía de la biomasa, la energía nuclear, y la
energía natural, tal como la energía eól i ca y la energía
30
solar.
En el caso de usar energía del carbón como ene rgía
alter nativa, s e libera una gran cantidad de dióxido de
carbono por la combust ión del carbón y esto ya se ha dicho
que resulta ser un problema . Para resolver este problema, se
35
ha propuesto recoger e l dióxido de carbono de la combustión
del carbón y almacena r el dióxido de carbono recogido bajo
tierra, y están siendo llevados a cabo numerosos proyectos
de investigación con relación a este asunto. Sin embargo, el almacenamiento estable a largo plazo del dióxido de carbono no es seguro y también, los lugares adecuados para su almacenamiento están di stribuidos de modo desigual. Además, el elevado coste requerido para la recuperación y transferencia del dióxido de carbono y la inyección del dióxido de carbono bajo tierra resultarán un problema. Además, la posibili dad de que la combustión de carbón genere un problema medioambiental debido a la generación de óxido
de
azufre (S04), humo y similares resultará también un
problema.
La
energía de la biomasa como energía alternativa,
particularmente
el biocombustible que principalmente
comprende etanol, está atrayendo mucha atención. Sin embargo, es necesaria una gran cantidad de energía para la producción y concentración de etanol a partir de las plantas, y esto es a veces desventaj oso desde el punto de vista de la eficiencia energética. Además, en el caso de usar maíz, soja, caña de azúcar o similares como materia prima para bi ocombustibl e, como estos son usados desde luego como comida y alimento, se incurre en una escalada del precio de comida y alimento. Por consiguiente, la biomasa no puede ser considerada como una fuente de energía sustancial excepto para regiones especiales tales como Brasil.
El uso de energía nuclear como fuente de energía alternativa no se espera que tenga un progreso grande y mundial, debido a que no se ha encontrado una solución satisfactoria para el tratamiento de resi duos radiactivos procedentes de las centrales nucl eares y hay muchas opiniones contrarias basadas en el temor a la proliferación nuclear. En su lugar, el uso de energí a nuclear como energía alternativa disminuirá a largo plazo con un aumento de la abolición de los react ores nucleares viejos.
Como se ha descrito antes, toda l a energía del carbón, energía de la biomasa y energía nuclear no se puede decir que tengan éxito en la resolución de los problemas de sostenibilidad y la generación de dióxido de carbono que
conduce al calentamiento global. Consiguientemente, la energía natural tal como energía eólica y energía solar es considerada es considerada como una fuente de energí a ideal.
En relación al uso de energí a eólica como energía
5 alternativa, las centrales de generación de energía eólica se han extendido recientemente por todo el mundo. Sin embargo, los lugares adecuados que tienen un viento estable y sin peligro de tifones, huracanes, tormentas eléctricas o similares, o en los que el ruido generado desde un molino de
10 viento no resulte un problema, son limitados. Por consiguiente, la energía eólica es insufi ciente por si misma, aunque sea un fuerte candidato para la energía alternativa. Se c ree que la energía solar es una energía natural más
15 estable e intensi va como energía alternativa.
Particularmente, hay extensos desiertos cerca del ecuador denominados el Cinturón del Sol del globo, y la energía
solar ahí
es casi inagotable. A este respecto, se ha asumido
que
puede obtenerse tanta energía como 7.000 GW mediante el
2 O
uso de un pequeño porcentaje del área de los desiertos que
se
extienden en el área suroeste de los Estados Unidos de
Norteamérica,
y que la totalidad de la energía para todos
los
seres humanos puede ser suministrada mediante el uso de
sólo
un pequeño porcentaj e del área de los desiertos de la
25
Península Arábiga y del Norte de África.
De
este modo, la energía solar es muy potente como
energía
alternativa, sin embargo, desde un punto de vista de
uso
práctico, se ha considerado necesario resolver los
problemas
de que (1) la densidad de energía de la energía
30
solar es baj a y (2) el almacenamiento y transferencia de
energía solar
son difíciles.
Para
el problema de que la densidad de energía de la
energía
sol ar es baja, se ha propuesto una res olución
recogiendo
la energía solar por medio de un colector masivo.
35
Sin embargo, el almacenamiento y transporte de la energía
solar
son muy difíciles en particular cuando la distancia de
transporte
es larga y la cantidad de energía es grande.
La energía solar es convertida generalmente en energía eléctrica como energía secundari a directamente mediante una célula solar o indirectamente mediante una turbina de vapor
o similar, y convertida así en una forma conveniente para uso y transporte. Cuando la energía solar es convertida en potencia eléct rica, la energía de la potencia eléct rica puede ser transferida a una línea de transmisión de potencia eléctrica, y por ello el problema de transfer encia de energía es superado en principio. Sin embargo, en e l caso en el que una central para obtener energía de potencia eléctrica a partir de energía solar es instalada en una región desértica rica en energía solar:', una línea nueva de t r ansmisión de potencia e l éctrica de alta capacidad necesita ser construida y mantenida, pero esto es difícil en muchos casos. Además, se ha pensado que es muy difícil transferir la energía de potencia eléctrica obtenida a partir de energía solar, por ej emplo en una central en una región desértica a otro continente o isl a a través del océano.
El almacenamiento de la energí a eléctrica a veces resul ta un problema. El desarrollo de una batería para almacenar energía eléctrica es un tema principal existente previamente y est á siendo seguido en todo el mundo. Sin embargo, incluso la batería de iones de litio más avanzada no es satisfact oria con respecto al almacenamiento de una gran canti dad de energía eléctrica, y una batería en particular para una gr an cantidad de energía eléctrica necesita ser desarrollada en términos de seguridad. También, en la central para obtener energía de potencia eléctrica a partir de energía solar, se requier en una unidad de almacenamient o térmico masivo, una caldera auxiliar y similar, así como la batería, en caso de que la generación de energía resulte difícil debido al mal tiempo o similar, y esto constituye un enrome cost e de construcción.
También se han hecho estudios para convertir energía solar como la energía primaria a hidrógeno como la energía secundaria, y sint etizar amoníaco, metano o similares us ando el hidrógeno obtenido como una materia prima (Publicaci ón de
Patente Japonesa Abierta N° 2006-319291).
El hidrógeno está atrayendo la atención como energía .
limpia, pero de modo similar a la energía eléctrica, su
almacenamiento es un problema fundamental. Para el
5
sumini stro a una célula de combusti ble, se ha realizado
recientemente mucha inve stigación sobre el a l macenamiento de
hidrógeno, y está resultando evidente que la aplicación
práctica del mismo no es fácil. También, para la
transferencia de h idrógeno, la construcción de tuberías de
10
hidrógeno es más difícil que la construcción de líneas de
transmisión de energía eléctrica. En particular, la
construcción de una infraestructura de red de tuberías de
hidrógeno para el suministro a usuari os es di fícil. Además,
el hidrógeno líquido debe ser almacenado a -253 0 C, y por
15
ello el almacenamiento de hidrógeno l íquido no puede ser
considerado actualmente, excepto para usos especiales tales
como el desarrollo espacial.
EXPOSICIÓN DEL I NVENTO
Como se ha descrito antes, aunque se han realizado
2 O
esfuerzos para convertir la energía solar como la última
energía sostenible en energía eléctrica, hidrógeno o
similares como la energí a secundaria actualmente en todo el
mundo, hay grandes problemas en e l almacenamiento y
transferencia de tal energía secundaria. A menos que los
25
problemas rel ativos a l almacenamiento y transferencia de la
energía sean superados, la distribución mundial así como su
uso en un cuerpo móvil tal como un vehículo, avión o barco
serán muy difíciles de alcanzar.
Un objeto del presente invento es r esolver el problema
30
de la energía solar con respecto a s u almacenamiento y
transferencia, y permitir el uso mundial de energía solar, y
resolver por e llo el problema de emisión de dióxido de
carbono que es un gas invernadero y el problema del
agotamiento del petróleo.
35
Un primer conjunto de métodos que pretenden alcanzar el
obj eto antes descrito se ha descrito a continuación como
(Al) a (A20).
(Al) Un método para convertir energia solar térmica
obtenida en una primera r egión a energía de potenci a motriz
usada en una s egunda región, teniendo l a segunda región una
cantidad de radiación solar menor que la de la primera
5
regi ón, incluye :
sintet izar amoni aco a partir de aire yagua usando,
térmicacomo una fuente de energia, sólo la energía solar
adquirida en la pri mera región,
t ransferir el amoníaco desde la primera región a la
10
segunda región , y
quemar el amoniaco en la segunda región de tal f orma
que se produzcan nitrógeno yagua, obteniendo por ello l a
energia de potencia motriz.
(A2) El método descrito en (Al) anterior puede incluir
15
en la operación de transferencia, usar el amoniaco como un
combustible para obtener al menos una par te de la energí a
eléctrica y/o potenci a motriz necesaria para realizar la
transferencia.
(A3) El método descrito en (Al ) o (A2) anterior puede
20
incluir l i berar el nitrógeno y el agua producidos en la
operación de combustión a la atmósfera y a continuación
reut i lizarlos como fuente de amoníaco en la oper aci ón de
síntesis.
(A4) El método descrito en cualqui e r a de (Al) a (A3)
25
anterior puede incluir adquirir l a energía de potencia
motriz usando un motor de combustión i nterna .
(AS) El método descrito en cualquiera de (Al) a (A4)
anterior puede incluir, en la operaci ón de sintetizar el
amoníaco:
3 O
(1 ) realizar una reacción para pr oducir hidrógeno a
partir de agua usando una parte de la energia solar térmica
adquirida; y
(2) realizar una r eacción para s intetizar amoniaco a
parti r del nitrógeno y del hidrógeno obtenidos en la
35
operación (1), usando otra parte de la energia solar térmi ca
adquirida .
(A6) El mét odo descri to en cualquiera de (Al ) a (AS)
anterior puede incl uir obtener al menos una parte de la
energía eléctrica y/o potencia motriz necesaria para
realizar la operación de síntesis usando la energía solar
térmica adquirida.
S
(A7) El método descrito en cualquiera de (Al) a (A6)
anterior puede incluir obtener al menos una parte de la
energía eléctrica, potencia motriz y/o calor necesario para
realizar l a operación de síntesis usando el amoníaco
sintetizado como un combustible.
10
(A8) El método descrito en cualquiera de (AS) a (A7)
anterior puede incluir en la operación (1), realizar la
reacción para producir hidrógeno a partir de agua usando la
energía sol ar térmica adquirida directamente como una fuente
de calor.
15
(A9) El método descrito en (A8) anterior puede incl ui r
obtener al menos una parte de la energía solar térmica usada
como una fuente de calor en la operación (1) mediant e un
colector parabólico con forma de plato y/o un colector solar
de t i po torre.
20
(A10) El método descrito en (A6) . 0 (A7) anterior
también incluye en la operación (1) f realizar la reacción
para producir hidrógeno a partir de agua usando la energía
eléctrica como una fuente de calor.
(All) El método descrito en (A6) o (A7) anterior puede
25
incluir en la operaci ón (1), realizar la reacción para
producir hidrógeno a partir de agua electrolizando agua con
el uso de la energía eléctrica .
(A12) El método descrito en (A10) o (All) anterior
puede incluir adquirir la energía solar térmica por un
30
colector parabólico de tipo artesa.
(A13) El método descrito en cualquiera de (AS) a (A12)
anterior puede incluir en la operación (2), sintetizar
amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno usando la energía
solar térmica adquirida directamente como una fuente de
35
calor y/o como una fuente de potencia motriz.
(A14) El método descrito en (A13) anterior puede
incluir obtener la energía solar térmica usada como una
fuente de cal or en la operación (2) por un colector
parabólico de tipo artesa.
(A15) El método descrito en cualquiera de (A5) a (A7) anterior puede incluir en la operación (1), realizar la reacción para producir hidrógeno a partir de agua usando la energía solar térmica adquirida directamente como una fuente de calor; obtener al menos una parte de la energía solar térmi ca usada como una fuente de calor en la operación (1) por un colector parabólico con forma de plato y/o un colector solar de tipo torre; en la operación (2), real~zar la reacción para sintetizar amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno usando la energía solar térmica adquiri da directamente como una fuente de calor y/o como una fuente de potencia motriz; y, obtener la energía solar térmica usada como una fuente de calor en la operación (2) por un colector parabólico de tipo artesa.
(A16) El método descrito en (A6) a (A7) anterior puede incluir obtener el nitrógeno sometiendo al aire a una separación criogénica usando la energía eléctrica y/o la potencia motriz.
(Al7) El método descrito en una cualquiera de (A5) a
(Al5) anterior puede incluir obtener el nitrógeno quemando · el hidrógeno obtenido en la operación (1) para consumir el oxígeno del aire.
(Al8) Un método para usar energí a solar térmica obtenida en una pri mera región, como energía de potencia motriz usada en una segunda región, teniendo la segunda región una cantidad de radiación solar menor que l a de la primera región, incluye:
sintetizar amoníaco a partir de aire yagua usando, como fuente de energía, sólo la energía solar térmica adquirida en la pri mera región; y,
transferir el amoníaco a la segunda región con el fin de obtener energí a de potencia motriz quemando el amoníaco de tal forma que se produzca nitrógeno yagua.
(A19) Un método para usar energía solar térmica obt enida en una primera regi ón, como energía de potencia
motriz usada en una segunda región, teniendo la segunda regi ón una cantidad de radiación solar menor que la de la primera región, incluye:
recibir, en la segunda región, amoníaco sintetizado a 5 partir de aire yagua usando, como fuente de energía, sólo l a energía solar térmica adquirida en la primera región ; y
quemar el amoníaco de tal modo que el nitrógeno y el agua sean producidos en la segunda región, obteniendo por ello energía de potencia motriz.
10 (A20) Un método para convertir energía solar t érmica obtenida en una primera regi ón en energía de potencia motriz usada en una segunda región, teniendo la segunda región una cantidad de radiación solar menor que la de la primera región, incluye:
15 recoger la luz solar para adquirir energía solar térmica por medio de un aparato de adquisición de energía solar térmica en la primera región;
sintetizar amoníaco a partir de aire y agua usando, como fuente de energía, sólo la energía solar térmica 20 adquirida por un aparato de síntesis de amoníaco en la
primera región; licuar el amoníaco por medio de un aparato de licuación de amoníaco en la primera región; transferir el amoníaco licuado por medio de un aparato 25 de transporte de amoní a co desde la primera región a la segunda región; y
quemar el amoníaco por medi o de un aparato de generac i ón de energía de potencia motriz en la segunda región de tal modo que se produzca nitrógeno yagua,
30 obteniendo por ello energía de potencia. Un segundo conjunto de métodos que pretende alcanzar el obj eto antes descrito se ha descrito a continuación como (B1) a (B14).
(81) Un método para almacenar energía solar térmi ca 35 incluye:
(a)
adquirir energía solar térmica;
(b)
realizar una reacción para producir hidrógeno a
partir de agua usando una parte de la energía solar térmica adquirida; y
(c) realizar una reacción para sintetizar amoníaco a partir del nitrógeno y el hidrógeno obtenido en la operación (b), usando otra parte de la energía solar térmica adquirida.
(B2) El método descrito en (Bl) anterior puede incluir obtener al menos una parte de la energí a eléctrica y/o potencia motriz necesaria para realizar el método usando la energía solar térmica adquirida en la operación (a).
(B3) El método descrito en (Bl) o (B2) anterior puede incluir obtener al menos una parte de la energía eléctrica, la potencia motriz y/o el calor necesarios para realizar el método usando el amoníaco sintetizado como un combustible.
(B4) El método descrito en una cualquiera de (Bl) a (B3) anterior puede incluir usar sólo la energía solar térmica adquirida en la operación (a) como una fuente de energía.
(B5) El método descrito en una cualquiera de (Bl) a
(B4) anterior puede incluir en la operación (b), realizar la reacción para producir hidrógeno a partir de agua usando la energía solar térmica adqui rida en la operación (a) directamente como una fuente de calor.
(B6) El método descrito en (BS) anterior puede incluir obtener al menos una parte de la energía solar térmica usada como una fuente de calor en la operación (b) por un col ector parabólico con forma de plato y/o un colector solar de tipo torre.
(B7) El método descrito en (B2) o (B3) anterior puede incluir realiiar en la operación (b), la reacción para producir hidrógeno a partir de agua usando la energía eléctrica como una fuente de calor.
(BS) El método descrito en (B2) o (B3) anterior puede incluir en l a operación (b), realizar la reacción para producir hidrógeno a partir de agua electrolizando agu~ con el uso de la energía eléctrica.
(B9) El método descrito en (B7) o (BS) anterior puede
incluir en la operación (a), adquirir la energía solar térmica por un colector parabólico de tipo artesa. (B10) El método descrito en una cualquiera de (Bl) a
(89) anterior puede incluir en la operación (c), sintetizar amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno usando la energía solar térmica adquirida en la operación (a) directamente corno una fuente de calor y/o corno una fuente de potencia motriz.
(B11) El método descrito en (B10) anterior puede incluir obtener la energía solar térmica como una fuente de calor en la operación (c) por un colector parabólico de tipo artesa.
(B12) El método descrito en una cualquiera de (Bl) a
(84) anterior puede incluir: en la operación (b), r ealizar la reacción para producir hidrógeno a partir de agua usando l a energía solar térmica adquirida en la operación (a) directamente como una fuente de calor; obtener al menos una parte de la energía solar térmica usada como una fuente de calor en la operación (b) por un colector parabólico con forma de plato y/o un colector solar de t ipo torre; en la operación (c), realizar la reacción para sintetizar amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno usando la energía solar t érmica adquirida en l a operación (a) directamente corno una fuente de calor y/o como una fuente de potencia motriz; y obtener la ener gía solar térmica usada como una fuente de calor en la operación (e) por un colector parabólico de tipo artesa.
(B13) El método descrito en (B2) o (B3) anterior puede incluir obtener el nitrógeno sometiendo al aire a una separación criogénica usando la energía el éctrica y/o l a potenci a motriz.
(B14 ) El método descrito en una cualquiera de (Bl) a
(812) anterior puede incluir obtener el nitrógeno quemando el hidrógeno obtenido en la operación (b) para consumir el oxígeno del aire.
De acuerdo con los métodos antes descritos, los problemas del calentamient o gl obal y del agotamiento del
petról eo y gas natural pueden ser superados usando energía solar térmica casi i nagotable medi a nte l a conversi ón o almacenamient o de la misma . BREVE DESCRI PCIÓN DE LOS DI BUJOS
5 La fig. 1 es una vista para explicar un ejemplo de un primer sis tema de conversión. La fig. 2 es una vista pa ra explicar un ejemplo de un segundo sistema de conversión. La fig. 3 es una vista para explicar el flujo de 10 energía del primer sistema de conversión. La fig. 4 es una vi sta esquemática que muestra un colector parabóli co con forma de plat o. La fig. 5 es una vist a esquemática que muestra un colector solar de tipo torre. 15 La fig. 6 es una vi sta esquemática que muestra un col ect or parabólico de tipo artesa .
La f ig . 7 es una vista que muestra un ejemplo de equi pamiento para real izar el método de almacenami ento de la energía solar térmica.
20 DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALI ZACIONES
En lo que se refiere al al macenamiento y t r ansferencia de energía solar, las si guientes tres sustancias son consideradas como candidatas para un combustible líquido que puede ser producido a partir de agua, aire y energía solar
25 t érmi ca y son f áciles de a lmacenar y transferir :
(1 ) peróxido de hidrógeno (H20 2) ;
(2 ) hidracina (NHzNH2) ; y ,
(3) amoniaco (NH3) . Entre estas sustancias, en vista de su fácil
30 manipulaci ón, se espera que el amoníaco sea un candidato útil . El amoní aco es un gas muy irritant e y es una sust ancia deletérea que causa daños en e l sistema respiratorio cuando un gas del mismo con una elevada concentración es inhal ado . Sin embargo, en vi rtud de su fuert e olor, la fuga de gas
35 incluso en una pequeña cantidad de aproximadamente 5 ppm, que es 1/ 1.000 o menos de l a cantidad letal, puede ser detectado por un ser humano, y la ocurrenci a de un escape
accidental en el mercado actual es informada en raras ocasiones. Por ej emplo, el amoníaco está siendo usado como un medio de refrigeración para una nevera o refri gerador en un barco de pesca o similarf j unto con clorofluorocarbono, 5 pero los accidentes fatales debidos a la fuga de amoníaco son aproximadamente 1/10 de la relación de muerte en la fuga de clorofluorocarbono inofensivo e inodoro. También, el desastre por explosión durante la transferencia de amoníaco es 1/5 o menos que para la gasolina o el gas licuado de
10 petróleo (LPG).
Además, la producción global de amoníaco actualmente es de aproximadamente 150 millones de toneladas por año, y una gran cantidad de amoníaco es usada principalmente para fertilizantes. También a partir de tal uso actual en una
15 gran cantidad en el mercado, se cree que el amoníaco tiene una receptividad social suficientemente elevada.
El amoníaco tiene características físicas próximas a las del LPG y es licuado fácilmente baj o aproximadamente 8 atmósferas a temperatura ordinaria, y el almacenamiento y
20 transferencia del mismo tienen resultados satisfactorios y no son particul armente problemáticos. También, el amoníaco es definido como una sustancia no inflamable, y tiene una capacidad de ignici ón pequeña, una baja velocidad de combustión incluso en ignición, y un margen de combustión
25 estrecho, y por ello, su manipulación no es considerada como un problema particular. La densidad de energía del amoníaco es aproximadamente l a mitad que la de la gasolina y casi igual que la del metanol. Sin embargo, en la mezcla teórica, el valor
30 calorífico del amoníaco es mayor que el de la gasolina, y por lo tanto el amoníaco es aplicable satisfactoriamente como un combustible incluso para un cuerpo móvil. Además, el amoníaco puede ser suministrado a una central de generación de energía termoeléctrica situada a mucha distancia por un
35 barco de transporte de líquidos o gases o similar, y quemado en vez del gas natural o carbón. En este caso, se considera que l a eficiencia teórica de amoníaco sobrepasa a la del gas
natural y a la del carbón. En la combustión de amoníaco, puede llevarse a cabo una reacción de combustión representada por la siguiente fórmula
A: 2NH3 + 3/202 ~ N2 + 3H20 + (generación de calor)] (Fórmula A)
Es decir, no se produce dióxido de carbono en la combustión de amoníaco, y por ello no surge ningún problema relativo al calentamiento global.
Incidentalmente, se ha descrito, por ejemplo en La Publicación de Patente Japonesa Abierta N° 5-332152, obtener la potencia mbtriz quemando amoníaco como antes. <Método de Conversión de Energía>
Se ha descrito a continuación un sistema 1 de conversión para convertir energía solar térmica en energía de potencia motriz con referencia a la fig. 1.
El sistema de conversión 1 comprende un aparato 10 de adquisición de energía solar térmica para recoger la luz del sol 200 para producir energía solar térmica, un aparato 20 de síntesis de amoníaco para sintetizar amoníaco a partir de agua y aire usando la energía solar térmica (se han descrito detal les de síntesis de amoníaco más adelante con relación
al
método de almacenamiento de energía solar térmica), un
aparato
30 de transporte de amoníaco, y un aparato 40 de
generación
de energía de potencia motriz para quemar el
amoníaco para producir energía de
potencia motriz.
El aparato 10 de adquisición de energía solar térmica y el aparato 20 de síntesis de amoníaco están dispuestos en una primera región 3, y el aparato 40 de generación de energía de potencia motriz está dispuest o en una segunda región 3 geográficamente diferente de la primera región 3.
La reacción de síntesis de amoníaco a partir de aire y agua es, como se ha descrito más adelante, una reacción endotérmica en su totalidad. Por consiguiente, el aparato 20 de síntesis de amoníaco usa l a energía solar térmica como calor de reacción para producir amoníaco (NH3) y oxígeno (02) a partir de nitrógeno (N2) contenido en aire yagua (H20). El amoníaco pr oducido es li cuado opcionalmente, y a continuación transferido corno un combustible desde la primera región 3 hasta la segunda región 5 por el aparato 30 que tr ansporta el amoníaco. En la segunda región 5, el
5 amoní aco es quemado por el aparato 40 de generación de energía de potencia motriz de tal modo que se producen nitrógeno y agua, por ello se producen energía de potencia motri z 240 y energí a térmica 250 .
El nitrógeno y el agua son sustancias inofensivas
10 presentes en una gr an cantidad en la atmósfera. Por lo tanto, cuando el nitrógeno y el agua producidos por la combusti ón son liberados a la atmós fera, circulan según los fluj os de convección pr esentes en el mundo natural y pueden ser usados nuevamente como mat e rias primas del aparato 20 de
15 síntesi s de amoníaco situado en l a primera regi ón 3 . El sistema 1 de conversión t i ene un equilibrio energético de introducir luz solar 200 y emitir energía de potenci a motriz 240 y energí a térmi ca 250 y, por otro lado, ti ene un equil ibrio ma terial por el si guiente bucle de
20 circul ación :
nitrógeno + agua --> amoníaco + oxígeno (síntesis de amoní aco) , y amoníaco + oxígeno -> ni trógeno + agua
(combustión de amoníaco). En todas las operaciones del si stema 1 de conversión, no se requiere una sust ancia 25 quí mica que contenga un átomo de carbono y por el lo, el dióxido de carbono (C02) no es descar gado en absoluto .
De este modo , el s i stema 1 de conversión usa amoníaco
producido con el uso de aire y agua, como una sustancia de
transporte de la energía solar térmica, por ello la energía
30 solar térmica adquirida en la primera región 3 puede ser usada como la energía de pot enci a mot riz en la segunda región 5. También, el sistema 1 de conver s ión r ea liza l a conversión de energía mediante la circulación de sustancias químicas (agua, nitrógeno del aire, y amoníaco) cada una de
35 las cuales no tiene ni ngún átomo de carbón, y por ello no de scarga dióxido de carbono en ninguna de l as operaciones del sistema .
Incidentalmente, el aparato 10 de adquisición de
energía solar térmica -está dispuesto preferiblemente en una
región que tiene una gran cantidad de radiación solar, y por
ell o la primera región es preferiblemente una región que
5
tiene una cantidad de radiación solar mayor que la segunda
región en la que es usada l a energía de potencia motriz . El
aparato 20 de síntesis de amoníaco también descarga oxígeno.
El oxígeno es una sustancia valiosa para l a producción de
productos químicos, y por ello, puede preverse un
10
equipamiento que use oxígeno en la primera región.
Se ha descrito a continuación un ejempl o del sistema de
conversión 2 con referencia a la fig. 2.
Como se ha mostrado en la figura, el aparato 20 de
síntesis de amoníaco comprende una planta o instalación 22
lS
de síntesis de amoníaco, un aparato 24 de l icuación de
amoníaco para comprimir y licuar amoníaco con agua de
enf riamiento y a cont inuación enfriar el amoníaco licuado
expandiendo elmediante refrigerante que es obtenido
amoníaco comprimido; una central 25 de generación de energía
20
eléctrica para generar una energía eléctrica con el uso de
una turbina de vapor que usa vapor producido por el calor
sol ar o con el uso de una t urbina de gas (que incluye un
tipo combinado con una turbina de vapor) que usa la
combustión de amoníaco; descargar el equipo para amoníaco
25
licuado 26; una torre de refri geración (no mostrada) para
enfriar agua; y, un aparato de tratamiento de agua (no
mostrado) para purificar agua a partir de agua dulce, agua
de mar y similares. Incidentalmente, para la planta 22 de
síntesis de amoníaco, puede hacerse referencia a la
30
descripción que se r efiere a l método siguiente de
almacenamiento de energía solar térmica.
El aparato 30 de transporte de amoníaco es un barco de
amoníaco licuado 32 en el caso de transporte marino, y un
camión cisterna 34 o una tubería 36 en el caso de transporte
35
terrestre.
En la segunda región 5, el amoníaco es recibido por el
equipamiento 42 que recibe amoníaco, o e l amoníaco es
suministrado directamente a un aparato 40 que genera energía de potencia motri z. El aparato 40 que genera energía de potencia motriz (por ejemplo, turbína de gas, automóvil) adquiere la energía de potencia motriz a partir de la
5 combustión de amoníaco por un motor de combustión interna. De este modo, el sistema de conversión 2 usa amoníaco producido a partir de aire yagua, como una sustancia de transporte de energía solar térmica, por ello la energía
solar térmica adquirida en la primera región 3 puede ser
10 usada como la energía de potencia motriz en la segunda región 5. También, el sistema de conversión 2 realiza la conversión de energía por la circulaci ón de sustancias químicas (agua, nitrógeno del aire , y amoníaco) cada una de las cuales no tiene ningún átomo de carbón y por ello, el
15 dióxido de carbono no es descargado en el aparato 10 de adquisi ci ón de energía solar térmica y el aparato 20 de síntesis de amoníaco de la primera región, así como en el aparato 40 de generación de energía de potencia motriz de la segunda región.
20 Se ha descrito a continuación el flujo de energí a del sistema de conversión 1 con referencia a la fig. 3. La luz solar 200 es convertida en energía solar térmica 210 mediante un aparat o 10 de adquisici ón de energía sol ar térmica. La energía solar térmica 210 es convertida en
25 energía quími ca 220 como energía potencial de amoníaco por un aparato 20 de síntesis de amoníaco. Una parte 215 de l a energí a solar térmica 210 es usada como una fuente de calor, una fuente de potencia motriz y/o una fuent e de energía eléctrica en el aparato 20 de síntesi s de amoníaco.
30 La energía química 220 es transferida por un aparato 30 de trasporte de amoníaco desde la primera región 3 hasta la segunda regi ón 5. En la transferencia, el aparato 30 de transporte de amoníaco puede usar una parte de l a energía química 220 (es decir, la energía obtenida quemando una
35 parte del amoníaco transferido por un motor de combustión interna del aparato 30 de transporte de amoníaco) como energía de transferencia 225 (es decir, al menos parte de la
energía
eléctrica y/o potencia motriz necesaria para el
transporte) .
En este caso, la energía química 220 es
consumida
parcialmente por el aparato 30 de t ransporte de
amoníaco,
y después de la transferencia a la segunda región
5, resulta energía quí mica 230.
La energía química 230 es convertida en energía de potencia motriz 240 y energí a térmica 250 mediante un aparato 40 que genera energía de potencia motriz que quema el amoníaco de tal modo que se producen nitrógeno yagua.
(Aunque no se ha mostrado, la energía calorífi ca residual puede ser generada en el aparato 20 de síntesis de amoníaco y el aparato 30 de transporte de amoníaco) .
De este modo, usando la energía química del amoníaco, la luz solar 200 íntroducida en la primera región 3 es transferida a la segunda región 5 en forma de energía de potencia motriz 240 y energía t érmica 250 . El sistema de conversión 1 no requiere el uso de una fuente de energía diferente a la luz solar 200. Por consiguiente, el sistema de conversión 1 permite convertir l a energía solar térmica 210 en energía de potencia motr iz 240 sin descargar dióxido de carbono en ninguna de las operaciones del s i stema . <Método de Almacenamiento de Energía Solar Térmica>
El método para almacenar energía sol ar térmica comprende : (a) adquirir energía solar térmica; (b) realizar una reacción para producir hidr ógeno a partir de agua usando una parte de la energía solar térmica adquirida, por ejemplo como una parte de una fuente de cal or, una fuente de potencia motriz y/o una fuente de energí a eléctrica, particularmente usando la energía directamente como una fuente de calor o como una fuente de energía eléctrica; y,
(e) realizar una reacción para sintetizar amoníaco a partir del nitrógeno y del hidrógeno obt enido en la operación (b) usando otra parte de la energía solar térmica adquirida, por ej emplo como una fuente de calor, una fuente de potenci a motriz y/o una fuente de energía eléctrica, usando particul armente l a energía como una fuente de calor y/o una fuente de potencia motriz.
De acuerdo con este método de almacenami ento de energía, el amoníaco es sintetizado usando energía solar térmica, de modo que la energía solar térmica pueda ser a l macenada en forma de energía quími ca del amoníaco.
5 En una realización preferida de este método, al menos una parte de la energía el éctrica y/o potencia motriz necesaria para realizar este método es obteni da usando la energía solar térmica adquirida en la operación (a) . En otra realización preferida , al menos una part e de la energí a
10 eléctrica, potencia motriz y/o tal or necesario para realizar este método es obtenida usando el amoníaco sintetizado como un combustible. En aún otra realización preferida, sólo la energía solar térmica adquirida en la operaci ón (a} es usada como una fuente de energía.
15 Ejemplos de l a energía eléctrica necesar ia para realizar este método incluyen energía eléctrica usada en el accionamiento de una bomba/compresor para hacer fluir y/o compri mi r un fluido t a l como una materia prima, y energía eléctrica para calentar adicionalmente la fuente de calor.
20 Ejemplos de la potencia motri z necesaria para realizar este método incl uyen potencia motriz usada en el acci onamiento de una bomba/compresor para hacer fluir y/o comprimir un flui do tal como una materia prima. Ej emplos del calor necesario para realizar este método incluyen calor para calentar
25 adicionalmente la fuente de calor. Con el fin de elevar l a temperatura de l a fuente de calor a una temperatura que es mayor que la obtenida directamente por la energí a solar térmica, a veces es preferible suministrar una parte de l a energía térmica par a la fuente de calor por energía
30 e l éctrica. De acuerdo con estas realizaciones, el método puede ser realizado mientras se reduce o preferiblemente se elimina el uso de combustibles f ósiles tradicionales tales como petróleo.
35 La reacci ón entera en la síntesi s de amoníaco a partir de agua y nit rógeno está representada por la si guiente fórmul a (B) :
N2+ 3H20 -2NH3 + 3/202 (endotérmica) (Fórmula B)
En el método de almacenamiento de la energía solar térmica, el amoníaco (NH3) es sintetizado a partir de agua 5 (H20 ) y nitrógeno (N2 ) mediante una reacción entre hidrógeno
(H2 ) Y ni t rógeno (N2 ) usando l a energía solar térmica como una fuente de energía para la reacción. A continuación se ha descrito detalladamente el método de al macenamient o de la energía solar térmica.
10 <Método de Almacenamiento de l a Energía Sol ar Térmi ca Operaci ón (a) (adquisici ón de energía solar t érmica»
En el método de almacenamiento de l a energía solar térmica, la energía sol ar térmica es adquirida en la operación (a).
15 En la operación (a) , puede usarse cualquier colector de luz para adquirir energía solar térmica. Por ejemplo, pueden ser usados l os colectores de luz siguientes (1) a (3) .
(1) Tipo parabólico con forma de plato El colect or de tipo parabólico con forma de plato 140
20 mostrado en l a fig. 4 comprende una part e de reflector con forma de plato 141 para recoger l uz por reflexión de la luz solar 200, y una parte 142 receptora de luz para recibir la luz recogida . La energía solar térmica es adquirida en esta parte 142 que recibe l a l uz . La energía solar térmica
25 obtenida en l a parte 142 receptora de la luz puede ser transferida a una porción apropiada usando opcionalmente un medio calorífico tal como metal al calino fundido (por ejemplo, sodio metálico fundido), sal fundida, aceite y vapor.
30 El colector de luz de este tipo es adecuado para una central rel ativamente pequeña y es usado preferiblemente en la gama de energía solar térmica de aproximadamente desde 10 Kw hasta varios ci entos de Kw . En general, el colector de luz de este tipo tiene una elevada potenci a de recogi da de
35 luz, y puede obtenerse una fuente de cal or de alta temperatura de 2 . 000 o e o más , pero e l coste es relativamente elevado.
(2 ) Tipo de Torre Solar
El colector solar de tipo de torre 150 mostrado en la fig. 5 comprende una pluralidad de heliostatos (partes reflectoras) 151 para recoger luz por reflexión de l a luz solar 200, y una parte 153 receptora de la luz para recibir l a luz r ecogida. La energía solar térmica es adquirida en esta parte 153 receptora de la luz. La parte 153 receptora de la luz · está dispuesta en la parte superior de la torre 152 receptora de la luz . La energía solar térmica obtenida en la parte 153 receptora de la luz puede ser t ransferida a una porci ón apropiada usando opcionalmente un medio calorífico.
El colector de luz de este tipo es adecuado para una central grande de 10 Mw a varios cientos de Mw. En general, el colector de luz de este tipo t i ene una gran potencia de recogida de luz, y puede obtenerse una fuente de calor de alt a temperatura de varios miles de o e, pero el coste de construcción de la torre es elevado y se requiere una técnica de alto nivel para controlar los ref l ectores de espejo .
(3) Tipo Parabólico de Artesa
El colector parabólico de tipo artesa 160 mostrado en la fig . 6 comprende una parte 161 de reflector de artesa para recoger luz reflejando la luz solar 200 y una parte 162 receptora de la luz para recibir la l uz recogida. La energía solar térmica es adquirida en esta parte 162 receptora de la luz . La energía solar térmica obtenida en l a parte 162 receptora de l a luz puede s er transferida a una parte apropiada conduciendo opcionalmente un medio calorífico a través de un trayecto 163 de flujo de medio calorífico .
El colector de luz de este tipo disfruta de una estructura simple y un coste baj o , y es adecuado para una central grande de varios c i entos de Mw generalmente, pero la potencia de r ecogida de la luz es baja y la fuente de calor obtenida es una fuente de cal or de baja temperatura de 400 a 5000 C.
De este modo, cada colector de luz tiene ventaj as y
desventajas. Por consiguiente, en el método de almacenamiento de energía, puede usarse cualquiera de estos colectores de luz o una combinación de los mismos. Específicamente, la energía sol ar térmica para una fuente de calor de alta temperatura puede ser obtenida por un colector de luz que tiene una gran potencia de recogida de luz (por ejemplo un colector parabólico con forma de plato y/o un colector solar de tipo de torre) y al mismo tiempo, la otra energía solar térmica, por ejemplo energía solar térmica para una fuente de calor de baja temperatura o generación de potencia motriz y/o energía eléctrica puede ser obtenida por un colector de luz que tiene una pequeña potencia de recogida de l uz (por ejemplo un colector parabólico de tipo artesa) .
Por ejempl o, la energía solar térmica obteni da mediante un colector de luz que tiene una gran potencia de recogida de luz puede ser ajustada para ser un 1/2 o menos, por ejemplo desde 1/3 hasta 1/2, de la energía solar térmica total obtenida por un colector de luz que tiene gran potencia de recogida de luz y un colector de l uz que t i ene poca potencia de recogida de luz. En vista del coste del equipamiento colector completo, es preferible a veces que l a
relación
de un colector de luz que tiene gran potencia de
recogida
de luz, generalmente con costes e levados, esté
limitada de este modo.
<Método
de Almacenamiento de Energía Solar Térmica
Operación (b) (producción de hi drógeno»
En el método de almacenamiento de energía solar térmica, e s realizada una r eacción par a producir hidrógeno a partir de agua en la operación (b) usando una parte de la energía sol ar térmica adquirida, usando particularmente sólo la energía solar térmica adquirida, como una fuente de energía .
En la operación (b), para obtener hidrógeno a partir de agua, puede usarse cualquier método . Específicamente, por ej emp lo los siguientes procesos de división de agua (1) a
(3) son bien conocidos , junto con electrólisis de agua .
Estos procesos se focali zan sobre el descenso de la temperatura de reacción requerida para l a reacción de descomposición del agua.
(1) Proceso Directo
5 Este es el proceso más fundamental, y el agua es descompuesta directamente en hidrógeno y oxígeno a una temperatura elevada de acuerdo con la r eacción representada por la fórmula 1 siguiente: H20 ~ H2 + 1/202 (a 2.000 0 C o más)
10 (Fórmula 1) Esta reacción originalmente requiere una temperatura de varios miles de o C, pero puede ser lograda a una temperatura de alrededor de los 2.0000 C usando un catalizador .
15 (2) Proceso de Zn (Zinc)
Con el fin de disminuir la temperatura requerida en la reacción mostrada por la fórmula (1) anterior, hay un proceso de descomposición de agua a través de la mediación de una tercera susta ncia. Un ejemplo representativo del
20 mismo es un proceso de realizar l a descomposición a través de la mediación de zinc. En este caso, las reacciones son las siguientes:
Zn + H20 ~ ZnO + H2 (aproximadamente 400° e) (Fórmula 2) 25 ZnO _ Zn + 1/202 (aproximadamente 1 .500° Cl (Fórmula 3) Reacción Total: H20 ~ H2 + 1)202 Este proceso requiere dos tipos de fuentes de calor: una fuente de calor de al ta temperat ura (aproximadamente
30 1.500 o el, y una fuente de calor de baj a temperatura (400 0
C) •
(3) Proceso de Ciclo 1-8 (Yodo -Azufre) En cuanto al método para disminuir adicionalmente la temperatura de reacción más que en el proceso (2) anterior, 35 se conoce un proceso de ciclo 1-8 y las reacciones del mismo
son las siguientes: H2804 ~ H20 + S02 + 1/202 (aproximadamente 950 0 el
(Fórmula 4)
2H20 + S02 + 12 ~ H2S04 + 2H1 (aproximadamente 130 0 C) (Fórmula 5) 2H1 ~ H2 + 12 (aproximadamente 400° C) (Fórmula 6) Reacción Total: H20 -> H2 + 1/202
Este proceso r e quiere dos tipos de fuentes de calor: una fuente de calor de alta temperatura (950° e) y una fuente de calor de baja temperatura (400° C).
Como se ha descrito antes I al menos en una parte de estas reacciones de (1) a (3) para producir hidrógeno a partir de agua usando calor, se requiere una fuente de calor que t iene una temperatura relativamente elevada.
Esta fuente de calor que tiene una temperatura relativamente elevada puede s e r proporcionada usando la energí a solar térmica adquirida en la operación (a) directamente como una fuente de calor. En este caso, al menos una parte de la energía solar térmica requerida puede ser obtenida por un colector de luz que tiene una gran potencia de recogida de luz, por e jemplo un colector parabólico con forma de plato y/o un colector solar de tipo torre.
También, con el fin de obtener esta fuente de calor que tiene una temperatura relativamente elevada, puede usarse energía eléctrica, energía eléctrica particularmente obtenida usando la energía solar térmica adquirida . en la operación (a) , o energía eléctrica obtenida usando el amoníaco sintetizado como un combustible. Además, en el caso de obtener hidrógeno sin usar una fuente de calor que tiene una temperatura relativamente elevada, es decir en el caso de obtener hidrógeno por la electrólisis de agua, puede usarse energía eléctrica, energía eléctrica obtenida particularmente usando la energía solar t érmica adquirida en la operación (a), o energía eléctri ca obtenida usando el amoníaco sintetizado como un combustible.
De este modo, en el caso de proporcionar una fuente de calor que tiene una temperatura relativamente elevada usando
energía eléctrica o en el caso de hidrolizar agua usando energía e.léctrica, la adquisición de energía solar térmica en la operación (a) puede ser realizada por un colector de luz que tiene poca pot encia de recogida de luz, por ejemplo por un colector parabólico de tipo artesa. Esto es preferido con vistas al coste del equipamiento colector completo. <Método de Almacenamiento de la Energía Solar Térmica Operación (e) (síntesis de amoníaco) >
En el método de almacenamiento de la energía solar térmica, una reacción para producir amoníaco a partir de nitrógeno y e l hidrógeno obtenido en la operación (b) es realizada en la operación (e) usando una parte de la ener gía solar térmi ca adquirida, usando particularmente sólo la energía solar térmica adquirida, como una fuente de energía.
En la operación (e), la síntesis de amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno puede ser lograda por cualquier método.
Aproximadamente hace Clen años, Haber y Bosch en Alemania obtuvieron el primer éxito en la producción en serie de amoníaco por síntesis quími ca, y el amoníaco contribuye como un fertilizante de nitrógeno a la producción aumentada de alimentos. El proceso Haber-Bosch es una reacción endotérmica mostrada a continuación, y debido a su simplicidad y eficiencia relativamente elevada, está siendo usado aun en la actualidad fundamentalmente sin ningún cambio, y este proceso puede ser usado también en el método de almacenamiento de energía.
N2 + 3H2 ~ 2NH3 (aproximadamente 400° C)
(Fórmula 8)
Como se ha mostrado en la fórmula, una fuente de calor que tiene una temperatura rel ativamente baja (400° C) es usada en esta reacción. Incidentalmente, esta reacción ha sido realizada hasta ahora usando un catalizador de hierro, pero en los últimos años, también se ha usado rutenio con el fin de disminuir adicionalmente l a temperatura de reacción. En el caso en el que la t emperatura de reacción es baja, el rendimient o de amoníaco resulta elevado como se ha indicado
por la teoría del equilibrio y por ello, también se han realizado estudios con el fin de disminuir la temperatura de reacción.
La fuente de calor que tiene una temperatura relativamente baja para esta reacción y/o la potencia motriz para esta reacción puede ser proporcionada usando la energía sol ar térmica adquirida en la operación (a). En este caso, la energía solar térmi ca requerida puede ser obtenida por un colector de luz que tiene poca potencia de r ecogida de luz, por ej emplo por un colector parabólico de tipo artesa.
Incidentalmente, con el fin de obtener nitrógeno para el método de almacenamiento de la energía solar térmica, son aplicables los métodos siguientes (1) y (2).
(1) Separación Criogénica
En este método, el aire es comprimido bajo enfriamiento para producir aire líquido, y el nitrógeno es separado del aire líquido usando la diferencia en el punto de ebullición entre oxígeno y nitrógeno. En este método, se ha obtenido nitrógeno de elevada pureza, pero se requieren un equipamiento a gran escala y una cantidad de energía relativamente grande.
Para esta separación criogénica del aire, puede obtenerse la energía eléctrica y/o la potencia motriz usando la energía solar térmica adquirida en la operaci ón (a), o puede usarse la energía eléctrica y/o la potencia motriz obtenida usando amoní aco sintetizado como un combustible.
También
en esta operación, l a producción de dióxido de
carbono
debido al uso de combustibles fósiles puede ser
reducida
o prefer iblemente eliminada.
(2)
Eliminación de Oxígeno por Combustión
En
plantas de amoní aco t r adici onales que usan un gas
natural, el oxígeno del aire es consumido en la operación de reformado para obtener hidrógeno, y el monóxido de carbono y el dióxido de carbono son eliminados por absorción del gas mezclado restante, por ello se obtiene un gas de nitrógeno. Este método puede ser usado t ambién en el método de almacenamiento de energía, pero en este caso, se requier e a veces un tratamiento de purificación para reducir las concentraci ones de monóxido de carbono y de di óxido de carbono conteni dos en el gas nitrógeno a 10 ppm o menos. Si no se realiza este tratamiento, el monóxido de carbono y el
5 di óxido de carbono pueden adsorber al cat al izador de sínt esis de amoníaco para acelerar el deterioro del catalizador.
(3 ) Por ot ro lado, en una realización del método de almacenamiento de energia, un gas de ni trógeno puede también
10 ser producido quemando el hi drógeno pr oducido (H2) con aire (4N2+02) como se ha mostr ado en la fórmula 7 si guiente y consumiendo por ello el oxígeno del ai re:
2H2 + 4N2 + 02 --. 4N2 + 2H20
(Fórmula 7)
15 En este caso, como el producto de combustión es sólo agua, y el monóxi do de carbono y el dióxido de carbono no son produci dos como pr oducto de combustión, el requisito para la eliminación de monóxido de ca rbono y de di óxi do de ca rbono es reducido, o dependiendo del caso, es eliminado.
20 Incidentalmente, esta reacción es una reacción exotérmica y, si se desea, la potencia motriz o similar requerida para el método de almacenamient o de energía puede también ser cr eada usando la energí a térmica generada aquí.
Un ejemplo del método de almacenamiento de energía 25 solar té rmica puede ser realizado usando el equipamiento mostrado en la fig. 7.
En el equipamiento mostrado en la fig. 7, la energía solar térmica es adquirida por un colect or solar 150 de tipo torre que tiene una pot enci a de r ecogi da de l uz
30 relativamente grande, y la energía solar térmica obtenida aquí es transferida al aparato de reacción 171 por una t ubería 178 para que f l uya una sal f undida como un medi o calorífico. También, la energía solar térmica es adqui rida por un col ect or parabólico de tipo artesa 160 que t iene una
35 potencia de recogida de l uz relativamente pequeña, y la energía solar térmica obtenida aquí es transfe rida al aparato de reacción 171 por una t uberí a 179 pa ra que f l uya
vapor como un medio calorífico.
En el aparato de reacción 171, es realizada una reacción para producir hidrógeno a partir de agua usando, como una fuente de calor de alta temperatura, la energía térmica alimentada desde el colector solar de tipo torre 150 que tiene una potencia de recogida de luz relativamente grande, y usando, como una fuente de calor de baja temperatura y/o una fuente de potencia motriz, la energía térmica suministrada desde el colector parabólico de tipo artesa 160 que tiene una potencia de recogida de luz relativamente pequeña, de este modo se obtiene hidrógeno.
También, es adquirida la energía solar térmica por un colector parabólico de tipo artesa 160 que tiene una potencia de recogida de luz relativamente pequeña y transferida a un aparato de reacción 173 por una tuberia 179 para que fluya el vapor como un medio calorífico. En el aparato de reacción 173, se realiza una reacción para sintetizar amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno usando la energía solar térmica como una fuente de calor y/o una fuente de potencia motriz, por ello es obtenido el amoníaco.
El
nitrógeno suministrado al aparato de reacción 173 es
obtenido
separando criogénica mente aire en un aparato de
separación
criogénica 172, y el hidrógeno suministrado al
aparato
de reacción 173 es obtenido en el aparato de
reacción 171.
Es decir, en el método de este ejemplo, sólo la energía de la luz solar 200 , el agua y el aire son suministrados al sistema de equipamiento 700 para realizar el método de almacenamiento de energía solar térmica, y es obtenido amoníaco (NH3) del mismo. Por consiguiente, en este ejemplo, la energía solar térmica es almacenada en forma de energía química de amoníaco, y no está implicada la generación de dióxido de carbono.
El amoníaco obtenido en el aparato de reacción 173 es licuado opcionalmente por un aparato de licuado 174 y a continuación almacenado en un depósito de almacenamiento 175 hasta su transporte. La energía solar térmica puede ser
usada también como una fuente de potencia motriz para e l aparato de licuado. En el ejemplo mostrado en la fig. 7, ot ro colector de l uz que tiene una potencia de recogida de luz relativamente
5 grande, por ejemplo un colector parabólico con forma de plato, puede ser usado en lugar del colector sol ar de tipo torre 150. También, puede usarse sólo una clase de un colector de luz puede en lugar de usar dos tipos de colectores de luz: colector solar de t i po torre 150 y
10 colector paraból ico de tipo artesa 160.

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES
    l. Un método para almacenar y transferir energia solar térmica en la forma de energia quimica de amoniaco que comprende: (a) adquisición de energia solar térmica; (b) descomposición mediante reacción de agua en hidrógeno y oxigeno para producir hidrógeno a partir de agua usando una parte de la energia solar térmica adquirida; (c) sintetización de amoniaco mediante reacción a partir del nitrógeno incluido en el aire y el hidrógeno obtenido en la operación (b) , usando otra parte de la energia solar térmica adquirida; (d) obtención de una parte de la energia eléctrica, la potencia motriz y/o el calor necesarios para realizar el método es obtenido usando el amoniaco sintetizado como un combustible; y (e) transferencia de una parte del amoniaco sintetizado.
  2. 2. El método según la reivindicación 1; donde en el paso
    (b) , el hidrógeno es producido a partir del agua por alguno
    de los siguientes procesos: 1 Proceso directo de descomposición del agua en hidrógeno y oxigeno de acuerdo a la reacción representada por:
    H20 ...... H2 + 1/202
    2 Proceso de Zinc de descomposición de agua en hidrógeno y oxigeno de acuerdo a la reacción representada por:
    Zn + H20 ...... ZnO + H2 ZnO ...... Zn + 1/202 Reacción Total: H20 ...... H2 + 1/202
    3 Proceso de ciclo Yodo-Azufre de descomposición de agua en hidrógeno y oxigeno de acuerdo a la reacción representada por:
    H,SOq ...... H,O + SO, + 1/20, 2H,O + SO, + 1, ...... H,S04 + 2HI
    2H1 ---+ H2 + 12 Reacción Total:: H20 ---+ H2 + 1/202
    4 Electrol isis del agua.
  3. 3 . El método según la reivindicación 1 o 2, en el que al menos una parte de la energía eléctrica y/o potencia motriz necesaria para realizar el método es obtenida usando la energía solar térmica adquirida en la operación (a)
  4. 4.
    El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que sólo la energía solar térmica adquirida en la operación (a) es usada como una fuente de energía
  5. 5.
    El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que en la operación (b) , la reacción para producir hidrógeno a partir de agua es realizada usando la energía solar térmica adquirida en la operación (a) directamente como una fuente de calor
  6. 6.
    El método según la reivindicación 5, en el que al menos una parte de la energía solar térmica usada como una fuente de calor en la operación (b) es obtenida por un colector parabólico con forma de plato y/o un colector solar de t ipo torre
  7. 7.
    El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que en la operación (b), la reacción para producir hidrógeno a partir de agua es real izada usando la energía eléctrica como una fuente de calor
  8. 8.
    El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que en la operación (b), la reacción para producir hidrógeno a partir de agua es realizada electrolizando agua con el uso de la energía eléctrica
  9. 9.
    El método según la reivindicación 7 u 8, en el que en la operación (a), la energía solar térmica es adquirida por un colector parabólico de tipo artesa
  10. 10.
    El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en el que en la operación (c), el amoníaco es sintetizado a partir de nitrógeno e hidrógeno usando la energía solar térmica adquirida en la operación (a) directamente como una fuente de calor y/o como una fuente de potencia motriz
  11. 11.
    El método según la reivindicación 10, en el que la
    energía solar térmica usada como una fuente de calor en la operaci ón (e) es obteni da por un colector parabólico de tipo artesa
  12. 12. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a
    5 4, en el que en la operación (b), la reacción para producir hidrógeno a partir de agua es realizada usando la energía solar térmica adquirida en la operación (a) directamente como una fuente de calor; al menos una parte de la energía solar térmica usada como una fuente de calor en la operación (b) es
    1 0 obtenida por un colector parabólico con forma de plato y/o un colector solar de tipo torre; en la operación (e), la reacción para sintetizar amoníaco a partir de nitrógeno e hidrógeno es realizada usando la energía solar térmica adquirida en la operación (a) directamente como una fuente de
    15 calor y/o como una fuente de potencia motriz; y la energía solar térmica usada como una fuente de calor en la operación
    (e) es obtenida por un colector parabólico de tipo artesa
  13. 13. El método según cual quiera de l as reivindicaciones 1 a 12, en el que el nitrógeno es obtenido sometiendo al ai re a
    20 una separación cri ogénica usando l a energía eléctri ca y/o la potencia motriz.
  14. 14. El método según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el nitrógeno es obtenido quemando el hidrógeno obtenido en la operación (b) para consumir el oxígeno del
    25 aire
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