ES2440391B2 - Método para operar una central eléctrica con múltiples fuentes térmicas y dispositivo empleado - Google Patents

Método para operar una central eléctrica con múltiples fuentes térmicas y dispositivo empleado

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Abstract

Método para operar una central eléctrica con múltiples fuentes térmicas y dispositivo empleado, en donde se utiliza un fluido de una fuente térmica de baja-media temperatura, y en donde la central eléctrica con múltiples fuentes térmicas incluye una turbina o equipo de expansión que trabaja con un fluido motor orgánico, que comprende el precalentamiento del fluido motor orgánico usando el fluido de la fuente térmica de baja-media temperatura y además provee más calor desde una fuente térmica adicional para vaporizar el fluido motor que se suministra a la turbina o equipo de expansión. El dispositivo empleado comprende un intercambiador de calor adecuado para el precalentamiento de un fluido motor orgánico con un fluido geotérmico de baja-media temperatura, y medios de captación de energía solar adecuados para proporcionar calor directa o indirectamente al fluido motor orgánico precalentado para calentar o vaporizar el fluido motor.

Description

MÉTODO PARA OPERAR UNA CENTRAL ELÉCTRICA CON MÚLTIPLES FUENTES TÉRMICAS Y DISPOSITIVO EMPLEADO Sector de la técnica
La presente invención se relaciona con el uso eficiente de fluidos como fuente de calor sensible con temperatura media-baja en conjunto con fuentes térmicas con temperaturas
10 relativamente altas. Más en particular, la invención se relaciona con un método y un sistema novedosos para usar fluidos y/o líquidos geotérmicos con temperaturas bajas y medias, desde pozos geotérmicos, o alternativamente corrientes térmicas industriales en desuso, al hacer uso de estas fuentes junto con la energía solar.
15 Estado de la técnica
La explotación económica de fuentes térmicas, sin combustibles fósiles y sin fuentes nucleares, para la generación de energía depende de la cantidad del calor disponible, su temperatura y el tamaño de la central eléctrica que puede justificar sus costos de 20 construcción así como también sus costos de operación. Con relación a esto, cuanto menor sea la temperatura de la fuente de energía, mayor será la carga térmica (y por consiguiente mayores serán los intercambiadores de calor) requeridos para una salida de energía dada. Como consecuencia, el costo de la central eléctrica por kW será mayor. En el caso de la energía geotérmica por ejemplo, los campos geotérmicos que comprenden pozos que 25 producen fluido geotérmico de baja temperatura no pueden ser explotados eficiente y económicamente para operar las centrales eléctricas, ya que cuanto menor sea la entalpía del fluido, más costosa se volverá la central eléctrica para una capacidad dada. Debido a esto, los pozos geotérmicos cuyos costos de perforación son sustanciales, generalmente no se explotan con estos fluidos geotérmicos. Además, la temperatura del fluido geotérmico
30 producido por la operación de los pozos geotérmicos puede caer después de algunos años de operación originando una reducción del rendimiento de la central eléctrica geotérmica así como también una posible disminución de la utilidad eléctrica.
La mayoría de las fuentes térmicas con temperatura baja están en forma de calor sensible,
35 el cual se utiliza con mayor eficiencia para el calentamiento previo en las centrales eléctricas con ciclo Rankine. Su uso para vaporizar el fluido motor a temperatura constante en el ciclo
de energía no es efectivo (véase la Fig. 1). Con respecto a esto, los fluidos orgánicos requieren menor calentamiento previo que el agua/vapor y de esta forma utilizar con mayor efectividad el calor sensible.
5 Como consecuencia a esto, no pueden utilizarse efectivamente fluidos con fuentes térmicas de baja temperatura.
En lo que se refiere a plantas de energía solar, su costo depende en gran medida del coste del colector solar o el tamaño del colector solar por kW. Además, a fin de que las plantas de
10 energía solar proporcionen energía continua, necesitan usar un almacenamiento costoso (que requiere de captadores solares de calentamiento líquido adicionales) y/o combustible fósil.
Algunos métodos se han vislumbrado hasta ahora para explotar la baja carga térmica y así
15 la baja introducción desde las fuentes geotérmicas en una forma más eficiente. Las patentes US 4,578,953 y 4,700,543, de Krieger, y Moritz, cuyas enseñanzas se incorporan en la presente invención como referencia, describen una pluralidad de centrales eléctricas independientes con ciclo Rankine cerrado, cada una de estas centrales tiene un vaporizador, operado al aplicar en serie un medio o fluido de la fuente de temperatura media
20 o baja a los vaporizadores de las centrales eléctricas para producir fluidos con fuente térmica agotada. Se proporciona un precalentador a cada vaporizador; y se aplica el fluido de la fuente térmica agotada a todos los precalentadores en paralelo. El fluido de la fuente térmica agotada sirve de esta forma para calentar el fluido de operación a la temperatura de evaporación, mientras que el fluido de la fuente térmica aplicado a los vaporizares
25 suministra el calor latente de vaporización al fluido de operación de la central eléctrica.
Se han hecho intentos en el pasado por combinar la energía geotérmica y solar, pero sin enfocar el problema de optimización de las características específicas de las respectivas fuentes térmicas. Por ejemplo, el documento US 3,950,949 revela un método de operación 30 de una máquina con ciclo de vapor en donde un fluido evaporable se hace circular en un circuito cerrado a través de una primera fuente térmica, una segunda fuente térmica, una máquina de expansión de vapor, un condensador, y de regreso a la primera fuente térmica. El método de operación comprende los pasos del calentamiento del fluido en la primera fuente térmica con una temperatura relativamente baja para vaporizar, al menos, la principal 35 porción del fluido, sobrecalentar el fluido en una segunda fuente térmica a una temperatura T, proveer el fluido a la máquina de expansión de vapor para producir energía y después
expulsar el fluido expandido desde la máquina a una temperatura T2 que es mayor que a la temperatura T. Esta solución describe la combinación del calor geotérmico y el calor solar en una forma que no es eficiente, ya que el propósito es el sobrecalentamiento del fluido en circulación. Actualmente, no se ha hecho ninguna aplicación práctica de este método.
5 Otro intento por integrar la energía geotérmica y solar se describe en el documento US 4,099,381 donde el transporte de energía y el sistema de conversión se provee para conducir la energía geotérmica sobre amplias distancias evitando la pérdida de calor mediante el uso de la energía solar, a fin de permitir la conversión eficiente de energía
10 geotérmica en una estación central de energía térmica. Sin embargo, el sistema descrito en esta patente no es práctico y es costoso y, además, se diseñó para prevenir la perdida de la energía geotérmica existente, y no para explotar la energía geotérmica con baja entalpía que de otra forma quedaría sin explotar.
15 Un objetivo de la presente invención es el proveer un método para explotar el fluido geotérmico con baja-media temperatura producida en los pozos geotérmicos a fin de que puede lograrse su explotación económica.
Otro objetivo de la invención es el proveer un método para explotar este fluido geotérmico 20 con calidad baja-media producido en los pozos geotérmicos al combinarlos con el uso de la energía solar en una forma eficiente y económica.
Otro objetivo de la invención es el proveer un sistema que permita que el método de la invención se realice.
25 Otros objetivos y ventajas de la invención se volverán aparentes conforme avance la descripción.
Objeto de la invención
30 De acuerdo con la presente invención, se provee un método para operar una central eléctrica con múltiples fuentes térmicas que utiliza un fluido como fuente térmica de bajamedia temperatura, en donde la central eléctrica con múltiples fuentes térmicas incluye una turbina o equipo de expansión que trabaja con un fluido motor orgánico, que comprende el
35 precalentamiento del fluido motor orgánico que usa el fluido de la fuente térmica de bajamedia temperatura y además provee más calor desde una fuente térmica adicional para
vaporizar el fluido motor que se suministra a la turbina o equipo de expansión.
Además, en una modalidad de la presente invención, se proporciona un dispositivo que comprende un intercambiador de calor adecuado para el precalentamiento de un fluido
5 motor orgánico con un fluido geotérmico de baja-media temperatura, y unos medios de captación de energía solar adecuados para proporcionar calor directa o indirectamente al fluido motor orgánico precalentado para calentar o vaporizar el fluido motor.
Además, en otra modalidad de la presente invención, se proporciona un dispositivo que
10 comprende un intercambiador de calor adecuado para precalentar un fluido motor orgánico con corrientes térmicas industriales no utilizadas de baja-media temperatura, y otros medios de captación de la energía solar adecuados para proporcionar calor directa o indirectamente al fluido motor orgánico precaliente para calentar y vaporizar, así como, para sobrecalentar el fluido motor.
15 Por todo ello la presente invención permite la implementación de centrales eléctricas económicas en diferentes lugares, donde el uso sólo del calor sensible con bajas temperaturas o calor solar por separado no pueden justificarse. Esto es debido al muy alto costo de la electricidad producida provocado por una muy gran inversión en los
20 intercambiadores de calor (el uso sólo del calor sensible) y captadores solares de calentamiento líquido muy grandes (uso sólo de captadores solares de calentamiento líquido) o debido al muy pequeño tamaño de la central eléctrica (alto costo fijo del proyecto y/o costos de operación).
25 Descripción de las figuras
La figura 1 es un diagrama temperatura-calor que muestra las características de temperatura y calor de un sistema que opera con agua como fluido motor, la fuente térmica es p.ej., salmuera o líquido geotérmico que tiene una cantidad sustancial de calor sensible.
30 La figura 2A es un diagrama temperatura-calor que muestra las características de temperatura y calor de un sistema que opera de acuerdo con la presente invención típicamente alrededor del medio día.
35 La figura 2B es un diagrama temperatura-calor que muestra las características de temperatura y calor de un sistema que opera de acuerdo con la presente invención durante
horas tempranas de la mañana y por la tarde.
La figura 2C es un diagrama temperatura-calor que muestra las características de temperatura y calor de un sistema que opera de acuerdo con la presente invención durante 5 la noche.
La figura 3 es un diagrama esquemático de un sistema construido y dispuesto de acuerdo con una modalidad preferente de la invención, en donde el fluido motor es vaporizado directamente por la energía solar.
10 La figura 4 es un diagrama esquemático de un sistema alternativo construido y dispuesto de acuerdo con otra modalidad preferente de la invención, que utiliza un vaporizador instantáneo.
15 La figura 5 es un diagrama esquemático de otro sistema alternativo construido y dispuesto de acuerdo con otra modalidad preferente de la invención, que utiliza aceite térmico para calentar el fluido motor orgánico y vaporizar el fluido motor orgánico.
La figura 6 es un diagrama esquemático de otro sistema alternativo construido y dispuesto
20 de acuerdo con otra modalidad preferente de la invención, el calor del fluido geotérmico producido en un pozo de producción geotérmica se utiliza para calentar el fluido motor, y la energía solar se usa para proporcionar no solo calor para vaporizar el fluido motor, sino también para operar una central eléctrica adicional.
25 La figura 6A es un diagrama esquemático de otro sistema alternativo construido y dispuesto de acuerdo con una modalidad de la presente invención en donde el calor del fluido geotérmico producido en un pozo de producción geotérmica se utiliza para precalentar el fluido motor vaporizado por la energía solar para central eléctrica, este fluido motor que sale de la turbina o equipo de expansión de esta central eléctrica se usa para precalentar el fluido
30 motor de una central eléctrica con ciclo de reaprovechamiento, en donde el calor del fluido geotérmico se usa para vaporizar el fluido motor de esta central eléctrica con ciclo inferior o de cola.
La figura 6B es un diagrama esquemático que ilustra otra disposición construida y dispuesta 35 de acuerdo con una modalidad preferente de la invención en donde la energía solar captada
calienta un fluido motor que opera una central eléctrica con ciclo superior o de cabecera, en
donde la energía adicional se produce en otra central eléctrica con ciclo inferior o de cola operada por un fluido motor adicional.
La figura 6C es un diagrama esquemático que ilustra una disposición adicional construida y
5 dispuesta de acuerdo con una modalidad preferente de la invención en donde la energía solar captada calienta un fluido motor que opera una central eléctrica con ciclo superior o de cabecera, en donde la energía adicional se produce en otra central eléctrica con ciclo inferior
o de cola operada por un fluido motor adicional.
10 La figura 6D es un diagrama esquemático que ilustra otra disposición adicional construida y dispuesta de acuerdo con una modalidad preferente de la invención, en donde la energía solar captada calienta un fluido motor que opera una central eléctrica con ciclo superior o de cabecera, y en donde la energía adicional se produce en otra central eléctrica con ciclo inferior o de cola operada por un fluido motor adicional.
15 La figura 7 es un diagrama esquemático de un sistema construido y dispuesto de acuerdo con una modalidad preferente de la invención, en donde el fluido motor se precalienta por corrientes de calor industriales sin uso y se vaporizan directamente por energía solar.
20 La figura 8 es un diagrama esquemático de otro sistema alternativo construido y dispuesto de acuerdo con otra modalidad preferente de la invención, en donde el fluido motor se precalienta por corrientes de calor industriales en desuso que utilizan un aceite térmico y se vaporizan directamente por energía solar.
25 La figura 9 es un diagrama esquemático de otro sistema alternativo construido y dispuesto de acuerdo con otra modalidad preferente de la invención, en donde el aceite térmico se utiliza para calentar el fluido motor orgánico utilizando corrientes térmicas industriales en desuso, y se vaporiza y también se sobrecalienta el fluido motor orgánico con calor de la energía solar.
30 La figura 10 muestra una modalidad de una central eléctrica construida y dispuesta de acuerdo con la presente invención, en donde un colector solar está orientado en la dirección este-oeste.
35 La figura 11 muestra otra modalidad de una central eléctrica construida y dispuesta de
norte-sur.
La figura 12A muestra un diagrama esquemático de un sistema receptor del colector por medio de una antena parabólica de concentración que es adecuado para su uso en una 5 modalidad de la presente invención.
La figura 12B muestra un diagrama esquemático de un sistema receptor colector de concentración solar de tipo Fresnel que es adecuado para su uso en una modalidad de la presente invención.
10 La figura 12C muestra un diagrama esquemático de un sistema receptor colector de concentración solar de torre de una central helioeléctrica de torre que es adecuado para usar en una modalidad de la presente invención.
15 La figura 13 muestra un diagrama esquemático de un sistema receptor colector de concentración solar de torre que es adecuado para usar en una modalidad de la presente invención descrita con referencia a la figura 6.
La figura 14 muestra un diagrama esquemático de otro sistema receptor colector de
20 concentración solar que también es adecuado para usar en la modalidad de la presente invención descrita con referencia a la figura 6.
La figura 15 muestra un diagrama esquemático de un sistema receptor colector de concentración solar que tiene un espejo secundario de modo que el receptor se localice
25 sobre el suelo, el cual es adecuado para su uso en la modalidad de la presente invención descrita con referencia a las figuras 7C, 8 y 9.
Nótese que los números de referencia similares se refieren a los componentes similares en las modalidades de la presente invención descrita con referencia a las figuras.
Descripción detallada de la invención
En el contexto de la descripción de la presente invención, el término “baja-media temperatura” típicamente, pero sin limitación, se refiere a temperaturas en el intervalo desde
35 70°-200°C (es decir, alrededor de 160-395°F).
Como se usa en la presente, el término “fluido motor” se refiere a cualquier fluido utilizado para operar un equipo de expansión o turbina, tal como los fluidos orgánicos o vapor que se describirán con mayor detalle más adelante. Similarmente, uno de los ejemplos más comunes del fluido de la fuente térmica de baja-media temperatura es un fluido geotérmico, 5 p.ej., líquido o salmuera geotérmica, la cual se usa en los ejemplos siguientes una persona con experiencia en la técnica apreciará que cualquiera de los fluido con baja-media temperatura puede usarse en lugar de los fluido geotérmicos para llevar a cabo la presente invención, para los propósitos de precalentamiento del fluido motor. Por ejemplo, el calor gastado por lo regular está disponible en muchos de los procesos, como en los procesos
10 industriales, como resultado de las etapas de intercambio de calor intermedias, o como subproductos, que pueden usarse para este propósito. De esta forma el aceite térmico o cualquier otro fluido adecuado que tiene un cierto nivel de carga térmica que fluye en una corriente continua en un proceso puede utilizarse de acuerdo con la presente invención.
15 La siguiente descripción detallada ilustrará la invención. Con esta descripción una característica básica de la invención se volverá aparente, es decir que la invención permite la explotación de una cantidad sustancial de calor que proviene de la energía solar para la ebullición y en algunos casos esencialmente todo este calor de la energía solar se usa para este propósito. En ciertos casos una pequeña o aun despreciable cantidad de calor de la
20 energía solar se usa para el precalentamiento del fluido motor, además del calor de la energía solar utilizado para la vaporización o ebullición del fluido motor. Por consiguiente, se volverá aparente para una persona con experiencia, que la invención permite una explotación eficiente tanto del calor con energía baja o media que viene de una fuente, como del fluido térmico o los similares, el cual está disponible sobre una base continua, y de la
25 energía solar que está disponible solo durante el día (véase la figura 2A). En la figura 2A, las características de transferencia de calor de la presente invención se muestran (al atardecer durante el verano) y puede verse que en la presente invención se logra una sustancialmente buena combinación fuente térmica-disipador de calor (fluido motor). Es decir, de acuerdo con la presente invención, el fluido con baja-media temperatura p.ej., el fluido geotérmico,
30 etc., se usa en una porción de precalentamiento de baja temperatura del ciclo de energía (que provee aproximadamente 64% del precalentamiento del fluido orgánico motor el cual es sustancialmente una porción del calor requerido para que opere la central eléctrica), aunque una cantidad sustancial del calor concentrado del sol con temperatura relativamente alta se usa para poner en ebullición el fluido motor.
35 La figura 3 es una figura simplificada de un sistema construido y dispuesto de acuerdo con
una modalidad preferente de la presente invención. Un pozo de producción (1) suministra fluido geotérmico, por lo regular líquido o salmuera geotérmica, a un precalentador (2). El fluido geotérmico enfriado se dispone en un pozo de inyección (3). El fluido motor orgánico suministrado desde un condensador (8), se precalienta directa o a través de un recuperador 5 (4) por medio de una línea (5) en el precalentador (2) utilizando el fluido geotérmico y el fluido motor precalentado abandona el precalentador por medio de una línea (5’) y se alimenta al vaporizador/colector solar (6) donde se calienta y vaporiza o se pone en ebullición. El fluido motor vaporizado se suministra a través de una línea (5”) y alimenta a la turbina (7) donde se expande y produce energía eléctrica al accionar un generador eléctrico.
10 El fluido motor vaporizado gastado sale de la turbina (7) y se suministra a través del recuperador (4), donde el fluido motor vaporizado gastado calienta el condensado del fluido motor, al condensador (8) para producir condensado del fluido motor que utiliza aire o agua como medio de enfriamiento. El condensado del fluido motor después se suministra al recuperador (4) y el ciclo se repite.
15 El siguiente ejemplo numérico ilustrará la operación del sistema mostrado en la figura 3. El fluido geotérmico del pozo de producción (1), a 160°C (320°F) fluye con una velocidad de flujo de 412,000 kg/h (908,000 lb/h) hacia el precalentador (2) desde donde se suministra en el pozo de inyección (3) con una temperatura de 79°C (175°F). El fluido motor fluye desde el
20 condensador (8) a través del recuperador (4) donde alcanza una temperatura de 65°C (alrededor de 150°F) y, después que se precalienta en el precalentador (2) se suministra al colector solar (6) con una temperatura de 155°C (aproximadamente 310°F). Una pequeña porción de la energía solar se usa para calentar el fluido motor desde 155°C (aproximadamente 310°F) a alrededor de 173.5°C (aproximadamente 345°F), a esta
25 temperatura se vaporiza o se pone en ebullición y el fluido motor vaporizado producido se alimenta a la turbina (7) para producir energía eléctrica. El fluido motor vaporizado gastado se suministra desde la turbina (7) a través del recuperador (4) y se alimenta al condensador (8). El condensado del fluido motor que abandona el condensador (8) se bombea a una temperatura de 35°C (aproximadamente 95°F) hacia el recuperador (4). Bajo estas
30 condiciones de operación, la energía producida es aproximadamente de 16,000 kW en bruto.
La figura 4 es una variación del sistema de la figura 3 y los mismos números se utilizan para indicar elementos que son idénticos en ambos casos. Las siguientes diferencias existen 35 entre los dos sistemas: de acuerdo con esta modalidad, el fluido motor orgánico no se
solar/receptor (6’) y se suministra el fluido motor líquido caliente, a través de la línea (9) hacia el vaporizador instantáneo (10) donde se permite una expansión y vaporización. El fluido motor vaporizado producido abandona el vaporizador instantáneo a través de la línea (9’) y se suministra a la turbina (7) para producir energía eléctrica. En esta modalidad, el
5 colector solar (6’) no requiere que se acople con un vaporizador, el cual puede proporcionarse por separado.
A fin de apreciar una de las numerosas ventajas de la invención, debe entenderse como opera el sistema de la figura 4 durante las diferentes horas del día. La operación del sistema 10 esencialmente puede dividirse en cuatro tiempos separados: luz solar del medio día, luz solar del crepúsculo, luz solar del amanecer y noche. Durante la luz solar del medio día (p.ej., alrededor del meridiano durante el verano), la operación continuará de manera similar a la descrita con referencia a las figuras 3 y 4 con el fluido motor vaporizado producido en p.ej., el vaporizador instantáneo (10) (véase la figura 4) que se suministra a la turbina (7) 15 para producir energía eléctrica (véase también la figura 2A). Sin embargo, mientras progresa el día hacia la tarde, p.ej., las horas de la tarde, p.ej., alrededor de las 6:00 p.m., la cantidad de energía suministrada por el sol disminuye constantemente. Una situación similar se presenta cuando el cielo soleado se vuelve nublado. La temperatura del fluido motor que abandona el precalentador no cambia sustancialmente porque el calor proporcionado por el 20 fluido o líquido geotérmico producido por el pozo de producción (1) es sustancialmente constante. Asumiendo que el sistema opera tal que el fluido motor se lleva a su temperatura de vaporización en el precalentador (2) a la presión de operación del vaporizador (10), después sólo se suministra el calor de vaporización por medio del colector solar (6’). Mientras disminuye la cantidad de energía suministrada por el colector solar (6’), se reduce 25 la presión del vaporizador (10) por un controlador de presión (no se muestra), permitiendo que el fluido motor se vaporice a pesar del ingreso de energía reducida. De esta forma se reduce la presión como una función del nivel de ingreso de energía solar. La figura 2B muestra la característica de transferencia térmica de la presente invención a estas horas. Por lo regular, el precalentamiento con baja temperatura realizado aquí comenzará con una 30 mayor temperatura que se realiza en el sistema que opera bajo las condiciones descritas con referencia a la figura 2A ya que a este tiempo, no todo el fluido motor se vaporiza, véase la descripción que se relaciona con la figura 4 anterior, la figura 2B muestra que aun se logra el equilibrio razonablemente bien de la fuente térmica-disipador térmico (fluido motor) a estas horas. Bajo estas condiciones el fluido geotérmico proporciona aproximadamente 78%
35 del precalentamiento del fluido orgánico de trabajo y se explicará enseguida como aun se produce un nivel de energía de 9.2 MW de energía eléctrica en bruto.
En la noche, el sistema opera con la presión de operación más baja del vaporizador (10), ya que el calor se provee solo por el fluido geotérmico o el líquido producido del pozo de producción (1). La figura 2C muestra las características de la transferencia térmica de la presente invención durante las horas nocturnas. Por otra parte, en las horas tempranas en la 5 mañana, p.ej., alrededor de las 7:00 a.m., cuando inicia la captación de algo de la radiación en el sistema solar, la cantidad de calor agregado por este se incrementa una vez más y por consiguiente se incrementa la presión de operación en el vaporizador (10). La figura 2B muestra que aun se logra el buen equilibrio de la fuente térmica-disipador térmico (fluido motor) a estas horas tempranas en la mañana. Por supuesto, pueden presentarse cambios
10 similares durante el día, como se explican anteriormente, como resultado de las condiciones atmosféricas, y el sistema responde a estos cambios de alguna manera. De esta forma, la presente invención proporciona operación cuando la intensidad de la energía solar cae o aun no está presente (p.ej., en la noche).
15 Los siguientes ejemplos numéricos ilustrarán la operación del sistema de la figura 4. En p.ej., en las horas muy tempranas en la mañana, alrededor de las 7:00 a.m., en el verano, la temperatura del fluido motor es de aproximadamente 173.5°C (345°F), se logra con la salida del colector solar (6’). Más adelante, este fluido motor caliente se suministra al vaporizador instantáneo (10) donde se produce el fluido motor vaporizado y se suministra a la turbina (7)
20 con una temperatura alrededor de 160.8°C (357°F) a fin de que se produzcan 11.5 MW de energía eléctrica en bruto. Por otra parte, a las 6:00 p.m., en la tarde hacia el ocaso en el verano, se logra una temperatura aproximadamente de 151.2°C (305°F) a la salida del colector solar (6’) produciéndose de esta forma 9.2 MW de energía eléctrica en bruto. Por consiguiente, puede verse que aun durante tempranas horas del día u horas de la tarde del
25 día, se produce una cantidad sustancial de energía a través del nivel de radiación solar que es relativamente baja [29.5 MWt (térmico) a las 7:00 a.m., 23.1 MWt (térmico) a las 6:00 p.m., comparado con los 39.6 MWt (térmico) a las 12:00 meridiano (cuando se producen 16 MW de energía eléctrica en bruto)].
30 Las figuras 2A y 2B así como también los ejemplos numéricos demuestran que el uso preferente, de acuerdo con la presente invención, del fluido motor orgánico mejora la cantidad de calor involucrado en el precalentamiento del fluido motor con el fluido geotérmico (u otro fluido de baja energía). Además, la figura 1 también muestra, que el uso preferente de un fluido motor orgánico en lugar de agua proporciona un incremento en el
35 nivel de energía producido por una central eléctrica que opera de acuerdo con la presente invención.
Cambiando a la figura 5, se muestra un sistema, que difiere de las modalidades previas ya que el fluido motor orgánico no se calienta directamente en el colector solar; a su vez el colector solar (6”) calienta el aceite térmico, que fluye en un ciclo cerrado de transferencia térmica indicado en la figura por el número de referencia (11), que calienta el fluido motor 5 orgánico precaliente (que fluye dentro del vaporizador (10’) a través de la línea (12)). De acuerdo con el sistema de la presente modalidad, el intercambiador de calor usado para calentar el fluido motor orgánico precalentado con el aceite térmico se incorpora en el vaporizador (10’). El fluido motor vaporizado producido en el vaporizador (10’) sale a través de la línea (9’) y se suministra a la turbina (7) para producir energía eléctrica. En la presente
10 modalidad, el colector solar (6”), mostrado en la figura 5, será mayor que los colectores solares (6 y 6’) mostrados en las figuras 3 y 4 respectivamente.
El siguiente ejemplo numérico ilustra la operación del sistema descrito con referencia a la figura 5. Se asume que el fluido geotérmico se suministra desde el pozo de producción (1)
15 con una temperatura de 160°C (320°F) y con una velocidad de flujo de 412,000 kg/h (908,000 libras por hora). Después de precalentar el fluido motor orgánico a una temperatura de 155°C (aproximadamente 310°F), el fluido geotérmico abandona el precalentador a 79°C (aproximadamente 175°F).
20 El aceite térmico se calienta en el colector solar (6”) a aproximadamente 230°C (445°F), a esta temperatura se alimenta al vaporizador (10’) para producir vapor del fluido motor orgánico (el cual en este ejemplo es n-pentano) con una temperatura de aproximadamente 173.5°C (345°F, generalmente líquido o salmuera geotérmica), el vapor de fluido motor orgánico producido se suministra más adelante a la turbina (7). El aceite térmico abandona
25 el vaporizador (10’) en aproximadamente 180°C (alrededor de 355°F). El agua de enfriamiento, si se usa, se alimenta al condensador (8) con una temperatura de 21°C y lo abandona a 30°C mientras la temperatura del condensado del fluido motor que abandona el condensador es de 35°C (95°F). El recuperador (4) calienta el condensado del fluido motor a 65°C (aproximadamente 150°F). Bajo estas condiciones de operación, la energía eléctrica
30 producida es de 16,000 kW en bruto. Se enfatiza en las figuras 1, 2A y 2B que también son descriptivas de la operación de la actual modalidad de la invención. Durante la noche, véase la figura 2C, otro vaporizador (no se muestra) se utilizaría en la actual modalidad de la invención al cual se suministraría fluido geotérmico (para vaporizar el fluido motor) además se suministra fluido geotérmico al precalentador (2).
35 Refiriéndose a la figura 6, el fluido geotérmico, generalmente líquido o salmuera geotérmica,
se alimenta desde el pozo de producción (40) al precalentador (41), donde se suministra el fluido motor desde un condensador directo al recuperador (42), se precalienta, y después se alimenta al vaporizador (43). El vaporizador (43) recibe el calor desde un ciclo de energía por separado utilizando el fluido motor suministrado desde el recuperador (44) en el ciclo de
5 energía por separado. El vapor del fluido motor producido en el vaporizador (43) se alimenta a la turbina (45) para producir energía eléctrica.
En esta modalidad, un ciclo de energía por separado, un ciclo superior, designado como A, opera tal que un fluido motor por separado se calienta utilizando el sistema de calentamiento 10 solar (46). En el ejemplo descrito con referencia a la figura 6, el fluido motor en el ciclo A por separado, se suministra desde el recuperador (44), primero se precalienta en el precalentador (47) y el sistema solar (46) suministra calor de evaporación (así como también calentamiento adicional, si se requiere) a fin de que el vapor del fluido motor se produce en el vaporizador (48). Posteriormente, el vapor del fluido motor se suministra a la turbina (55)
15 para producir energía eléctrica. El ciclo del ciclo A superior por separado se completa cuando el vapor del fluido motor expandido desde la turbina (55) se alimenta al condensador/vaporizador (43) por medio del recuperador (44) para producir el condensado del fluido motor.
20 Como puede verse de la figura 6, el condensador/vaporizador (43) proporciona calor para vaporizar o poner en ebullición el fluido motor, precalentado por fluido geotérmico suministrado desde el pozo de producción (40) en el ciclo inferior designado B. En el condensador/vaporizador (43), el calor producido por la condensación del fluido motor del ciclo A superior por separado proporciona el calor de vaporización del fluido motor del ciclo
25 inferior precalentado por el fluido térmico. De esta manera, se logra un equilibrio eficiente de la transferencia de calor. Además, esta modalidad es particularmente útil cuando la temperatura que puede lograrse en el sistema solar (46) es relativamente alta, por ejemplo alrededor de 290ºC a la salida del sistema solar (46). Si se prefiere, el precalentamiento en el ciclo A superior puede lograrse utilizando el fluido geotérmico (no se muestra).
30 En un ejemplo numérico de una modalidad de la presente invención descrita con referencia a la figura 6, se asume, también en la presente, que el fluido orgánico se suministra con una temperatura de 160°C (320°F), desde el pozo de producción (40) con una velocidad de flujo de 412,000 kg/h (908,000 lb/h) al precalentador (41). Después de transferir calor al fluido
35 motor orgánico en el precalentador, el cual alcanza una temperatura de 155°C (aproximadamente 310°F), el fluido geotérmico abandona el precalentador a 79°C (alrededor
de 175°F). El vaporizador/condensador (43) produce vapor del fluido motor orgánico que sale a aproximadamente 173.5°C (345°F) y se suministra a la turbina (45) para producir energía eléctrica p.ej., con un nivel desde aproximadamente 16,000 kW en bruto. Si se usa agua de enfriamiento, se alimenta al condensador con una temperatura de 21°C y lo
5 abandona a 30°C mientras la temperatura del condensado del fluido motor que abandona el condensador es de 35°C (95°F). El recuperador calienta el condensado del fluido motor a 65°C (aproximadamente 150°F).
En el ciclo superior, el líquido se calienta en el colector solar a aproximadamente 290°C
10 (554°F), a esta temperatura se alimenta al vaporizador (48), el líquido que se alimenta al precalentador (47) a aproximadamente 240°C (465°F). El vapor del fluido motor orgánico producido en el vaporizador (48) se suministra a la turbina (55) para producir energía eléctrica. El vapor del fluido motor gastado que sale de la turbina se suministra al recuperador (44) y después de este al vaporizador/condensador (43) con una temperatura
15 de 195°C (383°F). El condensado del fluido motor producido en la presente se suministra de regreso al precalentador (47) utilizando la bomba del ciclo (49) hacia el recuperador (44). Bajo estas condiciones de operación la energía eléctrica producida por el ciclo superior A es de 4025 kW en bruto. Por consiguiente, en esta modalidad, se logra una mayor salida de energía que con las modalidades previas descritas en la presente invención mientras se
20 opera con un nivel de eficiencia similar.
Cuando se usa agua como el fluido motor en el ciclo superior A, si se prefiere, la central eléctrica puede simplificarse al no utilizar el recuperador (44), mientras el recuperador (42) y el precalentador (41) en el ciclo inferior B tampoco se utiliza. En esta opción, el fluido
25 geotérmico, usualmente, líquido o salmuera geotérmica puede suministrarse al precalentador (47) del ciclo superior A y puede usarse el colector solar/receptor (46) para proporcionar calor al vaporizador (48) sin el suministro de calor al precalentador (47).
En otra alternativa de una central eléctrica con ciclo combinado se describe con referencia a
30 la figura 6A en donde se ha hecho la optimización del uso de calor solar y calor geotérmico y en donde también se utiliza agua como fluido motor para el ciclo superior de energía de la turbina y se utiliza un fluido orgánico como el fluido motor en el ciclo de energía inferior. En el ciclo de energía superior, el calor del fluido geotérmico se usa para precalentar el fluido motor agua en el precalentador (47A) y se usa la radiación solar para vaporizar el agua y
35 producir vapor en el colector solar/receptor/vaporizador (46A). El vapor producido por medio
de esto se suministra a la turbina de vapor (55A) donde se expande y se produce energía
preferentemente utilizando el generador eléctrico acoplado a esta. El vapor expandido que sale de la turbina de vapor se suministra al condensador/precalentador (41A) (del ciclo inferior) donde se condensa y el condensado de vapor producido regresa al precalentador (47A) que completa el ciclo superior A de energía. En el ciclo inferior B de energía, el fluido 5 motor orgánico precalentado que sale del condensador/precalentador (41A) se suministra al vaporizador (43A) donde el calor del fluido geotérmico vaporiza el fluido motor orgánico. El vapor del fluido motor orgánico se suministra a la turbina de fluido motor orgánico (45A) donde se expande y produce energía preferentemente por el uso del generador eléctrico que se acopla a esta. El fluido motor orgánico expandido que sale de la turbina de fluido
10 motor orgánico (45A) se suministra al condensador enfriado por el medio de enfriamiento p.ej., agua o aire, y el condensado del fluido motor orgánico producido se suministra al condensador/precalentador (41A), de esta forma se completa el ciclo inferior B de energía.
En un ejemplo numérico que provee una indicación de las características de operación de la
15 modalidad de la invención que se describe con referencia a la figura 6A, el fluido geotérmico en forma de líquido, p. ej. salmuera geotérmica a 171°C precalienta el fluido motor agua a 155°C en el precalentador (47A) y después el fluido motor agua precalentada se vaporiza en el colector solar/receptor/vaporizador (46A) que produce vapor a 270°C. De esta forma el vapor se expande en la turbina de vapor (55A) y el generador eléctrico acoplado a esta
20 produce 17.4 MW (energía en bruto) de energía eléctrica. El vapor expandido sale de la turbina de vapor a 102°C y se suministra al condensador/precalentador (41A) donde se produce el condensado de vapor a 55°C, el cual después regresa al precalentador. En el ciclo inferior de energía B, el fluido motor orgánico se precalienta por el vapor de condensación en el condensador/precalentador (41A) a 90°C y se suministra al vaporizador
25 (43A), en donde el fluido geotérmico en forma de líquido o salmuera geotérmica calienta el fluido motor orgánico y produce vapor del fluido motor orgánico a 145°C. Este vapor del fluido motor orgánico se suministra a la turbina del fluido motor orgánico (45A) donde se expande y el generador eléctrico accionado por la turbina de fluido motor orgánico produce
36.5 MW (energía eléctrica) de energía eléctrica. El vapor del fluido motor orgánico
30 expandido que sale de la turbina del fluido motor orgánico (45A) se suministra al condensador del fluido motor orgánico y el medio de enfriamiento (agua o aire) suministrado a este produce el condensado del fluido motor orgánico que se regresa al precalentador (41A). Si se prefiere, puede utilizarse otra central eléctrica con el fluido motor orgánico para utilizar más calor presente en el líquido o salmuera geotérmica que sale del vaporizador
35 (43A) para enfriarla aún más, alrededor de 80°C, y producir otros 14.7 MW (energía en
bruto) de energía eléctrica.
En otra opción (véase la figura 6B), la porción de calor del colector solar/receptor (46B) puede usarse para vaporizar el fluido motor orgánico en el vaporizador (43B) en el ciclo inferior de energía B en lugar del calor contenido en el fluido geotérmico. En la presente invención, el vapor expandido que sale de la turbina de vapor (55B) se suministra al 5 condensador/precalentador (47B) para precalentar el fluido motor orgánico del ciclo inferior mientras el fluido geotérmico, usualmente líquido o salmuera geotérmica precalienta más el fluido motor orgánico en el precalentador (41B) con una mayor temperatura, p.ej., aproximadamente 151°C. La temperatura del vapor del fluido motor orgánico suministrado desde el vaporizador solar (43B) a la turbina de fluido motor orgánico (45B), en este 10 ejemplo, es de 168°C y se producen 48.8 MW (energía en bruto) de energía eléctrica además de los 12.2 MW (energía en bruto) producida por la turbina de vapor en la central eléctrica del ciclo superior. Si se prefiere, puede realizarse el precalentamiento adicional del fluido motor orgánico en un precalentador (no se muestra). En tal caso, el fluido geotérmico, usualmente en forma de líquido o salmuera geotérmica (que sale del precalentador 41B) de
15 central eléctrica del ciclo inferior B) puede suministrarse a un precalentador previo al suministro del fluido motor orgánico precalentado al condensador/precalentador (47B) para el posterior precalentamiento.
En otra disposición o modalidad (véase la figura 6C), el calor del fluido geotérmico,
20 usualmente en forma de líquido o salmuera geotérmica, se usa no sólo para precalentar el fluido motor agua en el ciclo de energía superior para suministrarlo al receptor solar/colector/vaporizador (46C), sino también para recalentar el vapor expandido. En esta opción, el vapor producido en el receptor solar/colector/vaporizador (46C) se suministra a la turbina de vapor (55C) vía el sobrecalentador (48C), también suministrado con calor solar
25 desde un colector solar/receptor donde este se expande y produce energía eléctrica preferentemente usando un generador eléctrico acoplado a la turbina de vapor. El vapor expandido que sale de la turbina de vapor (55C) se recalienta por medio del líquido o salmuera geotérmica en el recalentador (56C) y el vapor recalentado se suministra a otra turbina de vapor (57C) en la central eléctrica con ciclo superior A para producir energía
30 eléctrica (preferentemente utilizando un generador eléctrico acoplado a la turbina de vapor adicional). Después, el vapor más expandido que sale de la turbina de vapor adicional se condensa en el condensador/vaporizador (43C) del ciclo inferior B y produce vapor del fluido motor orgánico que se suministra a la turbina del fluido motor orgánico (45C). El vapor del fluido motor orgánico se expande en la turbina del fluido motor orgánico y se produce
35 energía eléctrica preferentemente por un generador eléctrico acoplado a esta. El condensado del vapor producido por el condensador/vaporizador (43C) se suministra al
precalentador (47C) en el ciclo superior A donde el líquido o salmuera geotérmica agotada en calor precalienta el condensado de vapor completando de esta forma el ciclo superior de energía.
5 El sobrecalentador (48C) suministra directamente o al usar un fluido intermediario desde un colector solar/receptor al vapor suministrado desde el receptor solar/colector/vaporizador (46C) y el vapor sobrecalentado producido por esto después se suministra a la turbina de vapor (55C). Además, el líquido o salmuera geotérmica agotada en calor que sale del recalentador (56C) precalienta el condensado del vapor.
10 Para proporcionar una indicación de la operación de esta opinión vía un ejemplo numérico, la primera turbina de vapor produce 14 MW (energía en bruto) mientras la segunda turbina de vapor produce 4.7 MW (energía en bruto) con la turbina del fluido motor orgánico que produce 9.8 MW (energía en bruto). En esta modalidad, se ha usado sustancialmente
15 menos fluido geotérmico comparado con las modalidades descritas con referencia a las figuras 6A y 6B.
En otra opción un ciclo inferior de mayor temperatura se describe con referencia a la figura 6D en donde el uso del condensador/precalentador (41D) y vaporizador (43D) junto con el 20 recuperador (42D) en el ciclo inferior permite que se produzca energía eléctrica adicional comparada con el arreglo descrito con referencia a la figura 6C. En la presente, el calentador/precalentador (41D), donde condensa más el vapor expandido que sale de la turbina de vapor (57D) en la central eléctrica con ciclo superior A, precalienta el fluido motor orgánico de la central eléctrica con ciclo inferior B previo a suministrarlo al vaporizador 25 (43D). El fluido motor orgánico vaporizado producido en el vaporizador (43D) que usa calor del fluido geotérmico suministrado del recalentador (56D) se suministra a la turbina de vapor orgánico (45D) donde se expande y se produce energía por medio del generador eléctrico acoplado preferentemente a la turbina de vapor orgánico (45D) de la central eléctrica con ciclo inferior B (12.4 MW de energía en bruto). El fluido motor orgánico expandido que sale 30 de la turbina de vapor orgánico (45D) se suministra al condensador (que puede enfriarse con aire se enfría con agua) por medio del recuperador (42D) y se produce el condensado del fluido motor orgánico que se suministra al recuperador (42D) donde se precalienta por el fluido motor orgánico expandido que sale de la turbina de vapor orgánico (45D). El fluido motor orgánico precalentado después se suministra al condensador/precalentador (41D) 35 completando de esta forma el ciclo inferior de energía. También en esta modalidad, se ha utilizado fluido sustancialmente menos geotérmico comparado con las modalidades
descritas con referencia a las figuras 6A y 6B. En un ejemplo numérico de la operación de esta modalidad, la turbina de vapor (57D) produce 13.1 MW de energía en bruto mientras la turbina de vapor (55D) produce 4.9 MW. En estas al menos 4 opciones, se ha hecho el esfuerzo por optimizar el uso del calentador solar así como también el uso del calor 5 geotérmico a fin de permitir la reducción en el tamaño del campo del colector solar (hasta aproximadamente 15% de reducción en el tamaño del campo del colector solar) mientras se opera con temperaturas que facilitan el diseño y mantenimiento del sistema y logra mayores eficiencias de conversión de energía tanto para las fuentes geotérmicas como solares. Además, en las modalidades descritas con referencia a las figuras 6C y 6D, se usa un
10 sistema relativamente simple el cual además permite la transición relativamente simple de la operación de día a la operación en la tarde y la noche.
Aunque, en el presente caso, la porción solar de la invención se presenta como un ciclo superior, particularmente en las modalidades descritas con referencia a las figuras 6, 6A, 6B,
15 6C y 6D, alternativamente, la porción solar de la presente invención, especialmente las porciones solares en las modalidades descritas con referencia a las figuras 6C y 6D pueden operar como una entidad independiente del resto del dispositivo. En tal caso, el fluido calentado con el sol puede usarse en lugar del líquido o salmuera geotérmica.
20 Cambiando a otra modalidad de la presente invención, la figura 7 presenta una figura simplificada de un sistema construido y dispuesto de acuerdo con una modalidad adicional de la presente invención que utiliza una corriente térmica industrial en desuso. El gas del escape de la turbina de gas (1’) suministra calor al fluido motor suministrado al precalentador de calor residual (2’). El gas de escape de la turbina de gas enfriado se
25 dispone por medio de la chimenea (3’). El fluido motor orgánico suministrado desde el condensador (8’) ya sea directamente o a través del recuperador (4’) vía la línea (5’) se precalienta en el precalentador (2’) utilizando el gas de escape de la turbina de gas (1’) y el fluido motor precalentado abandona el precalentador de calor residual a través de la línea (5’) y se alimenta al colector solar/vaporizador (6’’’) donde se calienta y se pone en ebullición
30 y también se sobrecalienta. El vapor del fluido motor producido se suministra a través de la línea (5”) y se alimenta a la turbina (7) donde se expande y se produce energía eléctrica al accionar un generador eléctrico. El fluido motor vaporizado sale de la turbina (7) y se suministra a través del recuperador (4’), donde el fluido motor vaporizado gastado calienta el condensado del fluido motor, hacia el condensador (8’) para producir el condensado del
35 fluido motor utilizando aire o agua como el medio de enfriamiento. El condensado del fluido motor después se suministra al recuperador y se repite el ciclo.
La figura 8 muestra un sistema que difiere de la modalidad previa descrita con referencia a la figura 7 7 ya que el fluido motor orgánico no se calienta directamente por el gas proveniente del escape de la turbina; sino, el gas de escape de la turbina de gas (1”) calienta el aceite térmico, que fluye en un ciclo cerrado de transferencia térmica indicado en 5 la figura por el número de referencia (11’), y calienta el fluido motor orgánico en el precalentador (2”). Posteriormente, el fluido motor precalentado se suministra al colector solar/receptor (6””) a través de la línea (12’) para vaporizar y también para sobrecalentar el fluido motor. El fluido motor vaporizado producido en el vaporizador del colector solar/receptor (6””) sale a través de la línea (5”) y se suministra a la turbina (7) para producir
10 energía eléctrica.
En cuanto concierne a la figura 9, se muestra un sistema, que difiere de las modalidades previas descritas con referencia a las figuras 7 y 8 ya que el fluido motor orgánico no se calienta directamente en el colector solar; sino el colector solar (6””) calienta el aceite 15 térmico, que fluye en un circuito cerrado de transferencia térmica en la figura representada por el número de referencia (11”), que calienta el fluido motor orgánico precalentado (que fluye dentro del vaporizador/sobrecalentador (10”) a través de la línea 12). De acuerdo con el sistema de la presente modalidad, el intercambiador de calor usado para calentar el fluido motor orgánico precalentado con el aceite térmico se incorpora en el 20 vaporizador/sobrecalentador (10”). El fluido motor vaporizado producido en el vaporizador/sobrecalentador (10”) sale a través de la línea (9’) y se suministra a la turbina
(7) para producir energía eléctrica. En la actual modalidad, el colector solar (6””’), mostrado en la figura 9, será mayor que los colectores solares (6’’’ y 6””) mostrado en las figuras 7 y 8 respectivamente.
25 Los siguientes ejemplos numéricos ilustrarán la operación del sistema que utiliza una corriente térmica industrial y también se describe con referencia a la figura 9. Se asume que la corriente térmica industrial en desuso, o gas de escape de la turbina de gas se suministra desde la turbina de gas con una temperatura del pozo de producción (1) con una
30 temperatura de 417°C (783°F). Después de transferir calor al aceite térmico en el calentador de calor residual, el gas de escape de la turbina de gas agotado en calor abandona el calentador de calor residual a 125°C (aproximadamente 257°F). El aceite térmico calentado transfiere 5550 kW de calor al fluido motor en el precalentador (2”).
35 El aceite térmico que circula en otro circuito de aceite (11’’’) se calienta en el colector (6””’) y se alimenta al vaporizador/sobrecalentador (10”) para el suministro de 3500 kW de calor
latente al fluido motor orgánico en este y produce vapor del fluido motor orgánico con una temperatura desde aproximadamente 204°C (400°F) que se suministra después a la turbina (7). El aire, si se utiliza, se suministra, al condensador enfriado con aire (8) a una temperatura de 15°C (59°F). Bajo estas condiciones de operación, se logra que la operación
5 económica y la energía eléctrica producida sea de 3,000 kW en bruto comparada con los 1,475 kW si no se utiliza el colector solar/receptor (6””’).
Las figuras 10 y 11 muestran las modalidades de la presente invención que pueden comprender los colectores solares, p.ej., a través de los colectores, (6, 6’, 6”, 6’’’, 6””, 6””’ y 10 46) (véase las figuras 1-9) orientadas en dirección Este-Oeste (EW, por sus siglas en inglés) (figura 10) u orientada alternativamente en la dirección Norte-Sur (NS) (véase la figura 11). Como puede verse de las figuras 10 y 11, los colectores solares orientados en dirección EW proveen una operación más constante para la central eléctrica mientras que los colectores solares orientados en la dirección NS proporcionan una operación con una función
15 escalonada de la central eléctrica durante las horas del día. Sin embargo, como se describe con referencia a la figura 2, la presente invención aun provee una operación sustancial de la porción solar de la central eléctrica y niveles de producción de energía razonables durante tempranas horas y en la tarde durante el día.
20 De acuerdo con la presente invención, básicamente cualquier sistema receptor colector con concentración solar puede usarse en las modalidades de la presente invención. P.ej., los sistemas receptores colectores por medio de parabólicas solares (véase la figura 12A) o el sistema receptor colector Fresnel (véase la figura 12B), etc., puede usarse como los colectores solares/receptores en las modalidades de la presente invención descrito
25 previamente. También si se prefiere, los colectores heliostáticos en un campo véase la figura 12C) para proporcionar calor a un receptor central en la parte superior de una torre solar, etc., puede utilizarse como los colectores/receptores solares en las modalidades de la presente invención descritas previamente.
30 Cambiando a la figura 13, el vaporizador del ciclo superior (véase la figura 6) se localiza sobre la torre solar cuando se utilizan los colectores heliostáticos solares. Si se prefiere, en vez de colocar el vaporizador del ciclo superior sobre la torre solar, puede ubicarse un vaporizador instantáneo a nivel de suelo, mientras el líquido circula hacia el receptor calentador colocado sobre la torre solar, véase la figura 14. Esta disposición también es
35 adecuada para usar en la modalidad de la invención descrita con referencia a la figura 4 donde el vaporizador instantáneo (10) se ubicaría a nivel de piso. En otra modalidad, véase
la figura 15, un segundo espejo puede ubicarse en la parte superior de la torre solar a fin de que la radiación pueda dirigirse a un receptor localizado a nivel de piso (haz–descendente). Esta disposición puede usarse en las modalidades descritas con referencia a las figuras 12C, 13 y 14.
5 Se apreciará que, mientras la invención no se limite al uso de fuentes térmicas marginales, también es útil en estos casos. Con respecto a esto, los resultados anteriores muestran que, sin la invención, la energía disponible del fluido geotérmico de baja temperatura no se explotaría del todo, ya que la operación de una central eléctrica sin líquidos con baja energía
10 que vienen de estas fuentes no vale la pena comercialmente. De esta forma, la invención permite la explotación de las fuentes que de otra forma serían residuales.
Por supuesto, desde el punto de vista de la ingeniería, es posible operar una central eléctrica utilizando este fluido geotérmico de baja temperatura pero, como se explicó 15 anteriormente, no es económico. Sin embargo, ahora que, de acuerdo con la presente invención, una central eléctrica geotérmica se construye en combinación con dispositivos que operan con energía solar en forma específica y novedosa proporcionada por la presente invención, se supera la barrera económica. Por consiguiente, ahora es posible explotar el fluido o líquido geotérmico de baja temperatura producido desde estos pozos de producción 20 aun durante las horas en las que la intensidad de la energía solar es relativamente baja, o aun cuando no está disponible la energía solar, sin provocar que la operación de la central eléctrica se vuelva poco rentable además, el uso del fluido geotérmico de baja temperatura usualmente líquido o salmuera geotérmica, para precalentar el fluido motor orgánico provee una cantidad sustancial de calor para la central, permitiendo que el sistema solar sea más
25 compacto y de esta forma más económico.
Ya que se volverá aparente para la persona con experiencia, una variedad de fluidos motores orgánicos pueden emplearse preferentemente en el sistema de la invención, y la selección de un líquido específico que se utiliza dependerá del número de consideraciones, 30 tal como el tipo y tamaño de turbina y otros equipos, la ubicación específica de la central eléctrica, que influencia la cantidad de energía solar que puede explotarse y el número de horas durante el día cuando está disponible la energía solar. Ejemplos ilustrativos de los fluidos motores adecuados, pero no limitantes, incluyen isopentano, n-pentano, butano, propano, hexano. Terminol LT, DowthermJ y dodecano, y mezclas de dos o más de estos 35 fluidos orgánicos. Además, en la medida en que las modalidades de la presente invención que describen un ciclo superior y un ciclo inferior, p.ej., la figura 6, la figura 13 y la figura 15,
se relacionen, ejemplos ilustrativos de fluidos motores adecuados, pero no limitantes, del ciclo superior A incluyen Terminol LT, DowthermJ, dodecano, isopentano, n-pentano y agua, mientras que ejemplos ilustrativos de fluidos motores adecuados, pero no limitantes, para el ciclo inferior B incluyen isopentano, n-pentano, butano, propano, hexano. Nótese que el
5 Therminol LT es el nombre comercial para el fluido aromático sustituido con alquilo de Solutia Company que tiene un centro en Bélgica. Dowtherm J, por otra parte, es el nombre comercial para la mezcla de isómeros de un fluido aromático alquilado de la Dow Chemical Company está centrado en los E.U.A.
10 Nótese que los ejemplos numéricos proporcionados en la presente se basan en las condiciones durante el verano en East Mesa, California, E.U.A. para n-pentano. Durante otras temporadas, la operación con baja temperatura se logrará por el sistema de la presente invención.
15 Por supuesto, los sistemas descritos anteriormente solo ejemplifican esquemáticamente la invención y pueden proporcionarse diferentes arreglos, sin exceder el alcance de las reivindicaciones. Por ejemplo más de un pozo geotérmico que produce fluido o líquido geotérmico puede usarse en un sistema en cascada, el cual a su vez puede operar más de una turbina. Además, aunque el fluido geotérmico, tal como líquido o salmuera geotérmica
20 se mencione previamente, los fluidos o líquidos usados en conjunto con las fuentes de piedras secas calientes o sistemas geotérmicos mejorados también pueden usarse en la presente invención. La persona con experiencia fácilmente vislumbrará muchos arreglos diferentes, así como también muchas variaciones en el equipo y dispositivos utilizados para realizar la invención.
25 Aunque algunas modalidades de la invención se han descrito por medio de la ilustración, será aparente que la invención puede ponerse en práctica con diferentes modificaciones, variaciones y adaptaciones, con el uso de numerosas soluciones equivalentes o alternativas que están dentro del alcance de las personas con experiencia en la técnica, sin alejarse de
30 la perspectiva de la invención o exceder el alcance de las reivindicaciones.

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Aparato para operar una central eléctrica con múltiples fuentes térmicas que utiliza un fluido de una fuente térmica de baja-media temperatura, que comprende un 5 intercambiador de calor adecuado para precalentar un fluido motor orgánico con un líquido geotérmico de baja-media temperatura, y medios de captación de energía solar que comprenden un colector solar provisto de un concentrador solar adecuados para proporcionar directa o indirectamente calor al fluido motor orgánico precalentado para calentar y vaporizar dicho fluido motor orgánico, donde el
    10 concentrador solar comprende un sistema receptor colector de concentración solar de torre de una central helioeléctrica de torre; y en dicha central eléctrica con múltiples fuentes térmicas dispone una turbina de vapor operada por el fluido motor orgánico vaporizado; caracterizado porque:
    15 el aparato además comprende un vaporizador para vaporizar el fluido motor orgánico y un controlador para incrementar o reducir la presión en el vaporizador como una función de la cantidad de energía suministrada por dichos medios de captación solar.
  2. 2. Aparato según la reivindicación 1, caracterizado porque incluye medios para 20 transferir calor a dicho fluido motor orgánico a partir de fluido de calor residual.
  3. 3. Aparato según la reivindicación 2, caracterizado porque los medios para transferir calor a dicho fluido motor orgánico a partir de fluido de calor residual comprenden un intercambiador de calor para precalentar dicho fluido motor orgánico con calor de un
    25 fluido de calor residual.
  4. 4. Método para operar una central eléctrica con múltiples fuentes térmicas que utiliza un fluido de una fuente térmica de baja-media temperatura, en el que dicha central eléctrica con múltiples fuentes térmicas comprende un intercambiador de calor y
    30 medios de captación de energía solar que comprenden un colector solar provisto de un concentrador solar, comprendiendo dicho método precalentar un fluido motor orgánico con un fluido de baja-media temperatura y proporcionar calor desde dichos medios de captación de energía solar para calentar y vaporizar directa o indirectamente un fluido motor orgánico mediante el colector solar usando el
    35 concentrador solar que comprende un sistema receptor colector de concentración solar de torre de una central helioeléctrica de torre, en el que el fluido motor orgánico
    calentado y vaporizado por los medios de captación de energía solar opera una central eléctrica separada con ciclo superior; caracterizado porque: el método además comprende incrementar o reducir la presión en el vaporizador
    5 como una función de la cantidad de energía suministrada por dichos medios de captación solar mediante un controlador para vaporizar el fluido motor orgánico.
  5. 5.
    Método según la reivindicación 4, caracterizado porque el precalentamiento de un fluido motor se lleva a cabo precalentando un fluido motor orgánico.
  6. 6.
    Método según la reivindicación 4, caracterizado porque comprende además suministrar dicho vapor de fluido motor orgánico a una turbina de vapor de fluido motor orgánico para producir energía en una central eléctrica con ciclo inferior.
    15 7. Método según la reivindicación 5, caracterizado porque el precalentamiento del fluido motor orgánico se lleva a cabo precalentando un fluido motor orgánico seleccionado de isopentano, n-pentano, butano, propano, hexano.
  7. 8. Método según la reivindicación 6, caracterizado porque incluye además suministrar
    20 parte del fluido motor vaporizado de dicha central eléctrica separada con ciclo superior por calor usando dichos medios de captación de energía solar a un vaporizador de una parte inferior de dicha central eléctrica con múltiples fuentes térmicas operada por un fluido motor orgánico para producir dicho vapor de fluido motor orgánico.
  8. 9. Método según la reivindicación 8, caracterizado porque incluye además suministrar una parte adicional de fluido motor vaporizado de dicha central eléctrica separada con ciclo superior por calor desde dichos medios de captación de energía solar a una turbina para producir energía.
  9. 10. Método según la reivindicación 4, caracterizado porque incluye además recalentar el vapor expandido que sale de una turbina de vapor en dicha central eléctrica separada con ciclo superior usando dicho fluido geotérmico.
  10. 11. Método según la reivindicación 4, caracterizado porque incluye además suministrar calor recalentado a una turbina de vapor adicional para expandir el vapor recalentado y producir energía.
    5 12. Método según la reivindicación 4, caracterizado porque incluye además precalentar dicho fluido motor usando dicho intercambiador de calor que comprende un precalentador en dicha central eléctrica separada con ciclo superior antes de suministrarlo a dichos medios de captación de energía solar para proporcionar directa o indirectamente calor a un fluido motor para calentar y vaporizar el fluido
    10 motor de dicha central eléctrica con ciclo superior.
  11. 13. Método según la reivindicación 4, caracterizado porque la etapa de precalentar un fluido motor con un fluido de baja-media temperatura se lleva a cabo usando un fluido geotérmico de baja-media temperatura.
  12. 14. Método según la reivindicación 4, caracterizado porque la etapa de precalentar un fluido motor orgánico con un fluido de baja-media temperatura se lleva a cabo usando fluido de calor residual.
    DIBUJOS
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