ES2445640T3 - Procedimiento y dispositivo para la elevación selectiva de la generación de energía eléctrica de una central térmica solar - Google Patents

Procedimiento y dispositivo para la elevación selectiva de la generación de energía eléctrica de una central térmica solar Download PDF

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Abstract

Procedimiento para la elevación selectiva de la generación de energía eléctrica de una central eléctrica térmicasolar (1), que está constituida por una central eléctrica térmica solar (1), que está constituida por una parte de centraleléctrica solar (2) con un circuito de campo solar (3) y por una parte de central eléctrica convencional (10) con uncircuito de vapor de agua (11), en el que la energía generada en la parte de central eléctrica solar (2) es alimentadapor medio de intercambio de calor a la parte de central eléctrica convencional (10) y para la generación de corrientese utilizan un generador (14), una turbina de baja presión (13) y una turbina de alta presión (12), caracterizadoporque se alimenta al circuito de vapor de agua (11) de la parte de central eléctrica convencional (10) una energíatérmica adicional, que es generada por una combustión adicional, y la energía térmica adicional es introducida en elcircuito de vapor de agua (11) de la parte de central eléctrica convencional (10) entre la turbina de alta presión (12) yla turbina de baja presión (13).

Description

Procedimiento y dispositivo para la elevación selectiva de la generación de energía eléctrica de una central térmica solar.
La invención se refiere a un procedimiento para la elevación selectiva de la generación de energía eléctrica de una central eléctrica térmica solar, que está constituida por una parte de central eléctrica solar con un circuito de campo solar y por una parte de central eléctrica convencional con un circuito de vapor de agua, en el que la energía generada en la parte de central eléctrica solar es alimentada por medio de intercambio de calor a la parte de central eléctrica convencional. Además, la invención se refiere a un dispositivo, que permite una realización del procedimiento.
Una central eléctrica térmica solar utiliza energía de radiación solar para producir energía eléctrica, Está constituida por una parte de central eléctrica solar para la absorción de la energía solar y por una parte de central eléctrica convencional, La parte de central eléctrica solar comprende en este caso un circuito de campo solar con un campo solar, es decir, un sistema de concentración, que comprende colectores geométricamente diferentes. Los colectores de concentración son el componente principal de la parte de central eléctrica solar. Colectores conocidos son, en este caso, el colector de canales parabólicos, el colector de Fresnel, la torre solar y el espejo paraboloide, Los conectores de canales parabólicos concentran los rayos solares sobre un tubo de absorción emplazado en la línea del foco. Allí se absorbe la energía solar y se transmite como calor a un medio portador de calor. De acuerdo con el tipo de portador de calor, se bombeas después del calentamiento directamente a la parte de central eléctrica. Como medio portador de calor de puede emplear en este caso aceite térmico, agua, aire o colada de sal.
Además, se pueden incorporar también todavía diferentes posibilidades de almacenamiento como acumuladores de colada de sal, acumuladores de vapor, acumuladores de sustancia sólida, etc. y combustiones adicionales (petróleo, gas natural) en la parte de central eléctrica solar, para asegurar una entrada de calor uniforme y ampliada. La parte de central eléctrica convencional comprende la mayoría de las veces un circuito de vapor de agua con una turbina de vapor y/o turbina de gas, un generador y un condensador. Por ejemplo, si en este caso la parte de central eléctrica convencional comprende una turbina de vapor, entonces la entrada de calor se sustituye en este caso por la caldera, sustituida por la entrada de calor generada por el campo solar.
Si no se utiliza en el campo solar agua como medio portador de calor, entonces entre la parte de central eléctrica solar, el circuito de campo solar correspondiente y la parte de central eléctrica con un circuito de vapor de agua correspondiente, se interconectan intercambiadores de calor, para transmitir la energía generada en el campo solar desde el medio portador de calor del circuito de campo solar sobre el circuito de vapor de agua.
La potencia eléctrica de la central eléctrica térmica solar está establecida, por lo tanto, por una parte, por las propiedades térmicas del medio portador de calor y, por otra parte, en gran medida por la selección de la zona de potencia de la turbina. Para conseguir la máxima potencia, es necesaria una entrada máxima de calor térmico en el circuito de vapor de agua. Sin embargo, la entrada de radiación solar más reducida e interrumpida, por ejemplo, por el paso de capas de nubes genera una entrada de calor no constante en la turbina y una generación más reducida de energía. Precisamente también durante el arranque de la turbina de vapor de la parte de central eléctrica, esto se ha revelado siempre de nuevo como un problema.
Se conoce a partir del documento DE 27 57 306 una instalación de generación de energía, en la que se genera corriente a partir de energía solar.
El cometido de la invención relacionado con el procedimiento es, por lo tanto, la indicación de un procedimiento para la elevación selectiva de la generación de energía eléctrica en una central eléctrica térmica solar, que está constituida por una parte de central eléctrica solar y por una parte de central eléctrica convencional, de manera que se garantiza especialmente un arranque fiable de la parte de central eléctrica convencional, por ejemplo de una turbina. Otro cometido es la indicación de un dispositivo, que posibilita especialmente una realización del procedimiento mencionado anteriormente.
Con respecto al procedimiento, el cometido se soluciona por medio de un procedimiento para la elevación selectiva de la generación de energía eléctrica de una central eléctrica térmica solar de acuerdo con la reivindicación 1.
La invención parte en este caso de la determinación de que precisamente durante el arranque de una parte de central eléctrica convencional, por ejemplo de una turbina, en parte no está disponible energía suficiente para la parte de central eléctrica convencional, para posibilitar aquí, por ejemplo, un arranque fiable. La invención parte, además, del reconocimiento de que en el caso de una energía térmica adicional en el circuito de campo solar, a través de una combustión adicional, ésta se utiliza en primer lugar para el calentamiento del circuito de campo solar propiamente dicho. Además, se producen pérdidas a través del intercambio de calor. De esta manera, esta energía térmica adicional no está disponible, por ejemplo, durante el arranque y tampoco durante la generación de corriente. Por lo tanto, la solución de acuerdo con la invención prevé una energía térmica adicional en el circuito de vapor de agua de la parte de central eléctrica convencional propiamente dicha. De esta manera, se evitan las pérdidas
mencionadas anteriormente. A través de la energía térmica adicional selectiva en el circuito de vapor de agua se pone en marcha de una manera fiable la parte de central eléctrica convencional, por ejemplo la turbina. Adicionalmente, a través de la energía térmica selectiva en el circuito de vapor de agua se genera en caso necesariovapor adicional y de esta manera se eleva la generación de energía. Éste es el caso cuando en el circuito de vapor de agua está presente una corriente de masas demasiado reducida con respecto a la que corresponde al diseño de la corriente de masas de la parte de central de energía convencional. De esta manera se puede llevar el nivel de la corriente de masas en el circuito de vapor de agua al nivel de la corriente de masas en el circuito de vapor de agua para el caso de diseño. Además, una energía térmica adicional selectiva impide el enfriamiento del circuito de vapor de agua y de esta manera, por ejemplo, la refrigeración de la turbina.
Con preferencia, la energía térmica se ajusta adicionalmente de forma selectiva de tal manera que proporciona esencialmente una adaptación de una temperatura del circuito de vapor de agua a la temperatura para el caso de diseño del circuito de vapor de agua. La parte de central eléctrica convencional y el circuito de vapor de agua que se encuentra en ella están diseñados, en efecto para una temperatura de funcionamiento determinada. La energía térmica adicional se ajusta de manera selectiva, por lo tanto, de forma más ventajosa de tal modo que la temperatura del circuito de vapor de agua se adapta esencialmente a este caso de aplicación.
De acuerdo con la invención, para la generación de la corriente se utiliza un generador, una turbina de baja presión y una turbina de alta presión.
Con preferencia, el vapor de agua del circuito de vapor de agua se calienta entretanto entre la turbina de alta presión y la turbina de baja presión, En esta configuración, es decir, en el caso de un calentamiento intermedio en conexión con una combustión adicional se sustituye de manera más ventajosa el intercambio de calor para la transmisión intermedia a través de la caldera de vapor. Esto significa que la energía del campo solar se utiliza completamente para el funcionamiento de la turbina de alta presión.
De acuerdo con la invención, la energía térmica adicional se introduce en el circuito de vapor de agua de la parte de la central eléctrica convencional entre la turbina de alta presión y la turbina de baja presión. Aquí se introduce la energía térmica adicional con preferencia delante de la turbina de baja presión. La incorporación de la energía térmica adicional delante de la turbina de baja presión posibilita el empleo de una caldera de vapor robusta y favorable (caldera de gran volumen de agua) con comportamiento de arranque correspondientemente bueno. En el caso de emplazamiento de la energía térmica adicional entre la turbina de alta presión y la turbina de baja presión se utiliza la caldera de vapor para el arranque de la turbina. De la misma manera, la turbina de baja presión se puede accionar con la ayuda de la energía térmica adicional a plena carga y se puede desacoplar la turbina de alta presión.
Con respecto al dispositivo, el cometido se soluciona por medio de un dispositivo de acuerdo con la invención para la elevación selectiva de la generación de energía eléctrica de una central eléctrica térmica solar de acuerdo con la reivindicación 5.
El dispositivo es especialmente adecuado para realizar el procedimiento descrito anteriormente. Las ventajas del procedimiento se deducen, por lo tanto, también para el dispositivo.
Otras ventajas, características y detalles de la invención se deducen a partir de la siguiente descripción de ejemplos de realización preferidos y de los dibujos así como a partir de otras reivindicaciones dependientes.
A continuación se explica en detalle la invención a modo de ejemplo con la ayuda de un dibujo.
En éste se muestra lo siguiente en representación simplificada y no a escala:
La figura 1 muestra un dispositivo de acuerdo con la invención de una central eléctrica térmica solar.
La figuras 2 muestra otro dispositivo de acuerdo con la invención de una central eléctrica térmica solar.
Las partes iguales están provistas en todas las figuras con los mismos signos de referencia.
La figura 1 muestra de forma esquemática una central eléctrica térmica soplar 1 de acuerdo con la invención. En este caso, la central térmica solar 1 está constituida por una parte de central térmica solar 2 y por una parte de central térmica convencional 10. La parte de central eléctrica solar 2 está constituida por un circuito de campo solar 3 en el que se encuentra un campo solar 4 con una pluralidad de colectores solares. El campo solar 4 genera calor y lo cede en el circuito de campo solar 3 a un medio portador de calor 6 en conductos 5. El medio portador de calor 6es alimentado a continuación por medio de los conductos 5 a uno o varios intercambiadores de calor 20. Éstos ceden, por ejemplo por convección, la energía a la parte de central eléctrica convencional 10. El medio portador de calor 6 refrigerado de esta manera en conductor 6 en alimentado de nuevo al campo solar 4. Esto se puede realizar, por ejemplo, por medio de una bomba de campo solar. También en el circuito de campo solar 3 se pueden incorporar conductos de derivación 8, que conducen una parte del medio portador de calor a los intercambiadores de calor 20 y/o a acumuladores o combustiones adicionales (no mostradas).
Por medio del intercambiador de calor 20 se transmite, por lo tanto, la energía desde la parte de central eléctrica solar 2 sobre la parte de central eléctrica convencional 10. En este caso, la parte de central eléctrica convencional 10 está constituida por un circuito de vapor de agua 11 en conductos 18. El circuito de vapor de agua 11 comprende una turbina 12a y un generador 13 para la generación de energía así como un condensador 15. Después de pasar el intercambiador de calor 20 aparece vapor en el circuito de vapor de agua, que acciona un generador 12 por medio de la turbina 12a. A continuación se alimenta el vapor de agua refrigerado a un condensador 15, en el que se expande adicionalmente el vapor de agua y se bombea de retorno al intercambiador de calor 20 por medio de la bomba de agua de alimentación 16. Componente de la central eléctrica convencional 10 puede ser también un acumulador (no mostrado). Para garantizar ahora un arranque fiable de la turbina 12a así como para la elevación de la generación de energía eléctrica se introduce ahora una energía térmica adicional, por ejemplo a través de una combustión adicional 30 paralelamente al intercambiador de calor 20. Por medio de una grifería de regulación 31 y grifería de mezcla 32 se puede regular la corriente de masas del vapor desagua derivado retornado. Esta corriente de masas derivada circula entonces a través de la combustión adicional 30 y es evaporada. El vapor de agua calentado de esta manera es alimentado en un punto de mezcla 33 de nuevo al vapor de agua original que fluye para la turbina 12a. De esta manera, está disponible más vapor para la turbina 12a. De este modo se garantiza, por ejemplo, un arranque fiable de la turbina 12a. Además, de este modo se eleva la temperatura del vapor en la turbina 12a, de modo que corresponde a la temperatura para el caso de diseño de la turbina 12a.
Si en el circuito de vapor de agua 11 está presente una corriente de masas demasiado reducida, con respecto a la que corresponde al diseño de la corriente de masas de la central eléctrica convencional 10, entonces se evapora adicionalmente agua a través de la combustión adicional 30 y se lleva el nivel de la corriente de masas en el circuito de vapor de agua 11 al nivel de la corriente de masas en el circuito de vapor de agua para el caso de aplicación. Adicionalmente, una energía térmica adicional selectiva impide una refrigeración de la turbina 12a.
La figura 2 muestra otra configuración de una central eléctrica térmica solar 1 de acuerdo con la invención. Aquí se utiliza en la parte de central eléctrica convencional 10 una turbina de alta presión 12 y una turbina de baja presión 13 con un generador 14 para la generación de corriente. En este caso, entre la turbina de alta presión 12 y la turbina de baja presión 13 se incorpora un recalentador intermedio 17, que se puede conectar adicionalmente en caso necesario a través de griferías 34, 33. Además, entre la turbina de alta presión y la turbina de baja presión 13 estáconectada la combustión adicional 17. Ésta se puede regular a través de griferías 31, 33 en caso necesario. También aquí se puede arrancar la parte de la central eléctrica convencional 10 con la ayuda de la combustión adicional 7 de manera fiable. La incorporación de la combustión adicional 17 delante de la turbina de baja presión 13 posibilita el empleo de una caldera de vapor robusta y favorable (caldera de gran volumen de agua) con comportamiento de arranque correspondientemente bueno. El emplazamiento de la combustión adicional 17 entre la turbina de alta presión 12 y la turbina de baja presión 13 de la caldera de vapor (no mostrada) se utiliza para el arranque. De la misma manera, la turbina de baja presión 13 puede ser accionada a plena carga con la ayuda de la combustión adicional 17 y se puede desacoplar la turbina de alta presión 12. En esta configuración, se puede sustituir un intercambiador de calor para el recalentamiento intermedio 17 por una caldera de vapor, es decir, que la energía de la parte de la central eléctrica solar 2 es utilizada completamente para el funcionamiento de la turbina de alta presión 12.
El procedimiento de acuerdo con la invención y el dispositivo de acuerdo con la invención posibilitan, por lo tanto, el arranque fiable de la turbina, la elevación de la temperatura del vapor de agua a una temperatura de diseño de la parte de la central eléctrica convencional así como la generación de vapor adicional para adaptar la corriente de masas de la parte de central eléctrica convencional al caso de diseño. Además, el procedimiento de acuerdo con la invención y el dispositivo de acuerdo con la invención impiden la refrigeración de la turbina. De la misma manera, posibilita el desacoplamiento de la turbina de alta presión, de modo que entonces se posibilita la marcha de la turbina de baja presión a plena carga.

Claims (13)

  1. REIVINDICACIONES
    1.- Procedimiento para la elevación selectiva de la generación de energía eléctrica de una central eléctrica térmica solar (1), que está constituida por una central eléctrica térmica solar (1), que está constituida por una parte de central eléctrica solar (2) con un circuito de campo solar (3) y por una parte de central eléctrica convencional (10) con un circuito de vapor de agua (11), en el que la energía generada en la parte de central eléctrica solar (2) es alimentada por medio de intercambio de calor a la parte de central eléctrica convencional (10) y para la generación de corriente se utilizan un generador (14), una turbina de baja presión (13) y una turbina de alta presión (12), caracterizado porque se alimenta al circuito de vapor de agua (11) de la parte de central eléctrica convencional (10) una energía térmica adicional, que es generada por una combustión adicional, y la energía térmica adicional es introducida en el circuito de vapor de agua (11) de la parte de central eléctrica convencional (10) entre la turbina de alta presión (12) y la turbina de baja presión (13).
  2. 2.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque la energía térmica adicional es introducida adicionalmente al intercambio de calor.
  3. 3.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la energía térmica adicional se ajusta de manera selectiva de tal formas que proporciona esencialmente una adaptación de una temperatura del circuito de vapor de agua (11) a la temperatura para el caso de diseño del circuito de vapor de agua (11).
  4. 4.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el vapor de agua del circuito de vapor de agua (11) se recalienta entretanto entre la turbina de alta presión (12) y la turbina de baja presión (13).
  5. 5.- Dispositivo para la elevación selectiva de la generación de energía eléctrica de una central eléctrica térmica solar (1), que está constituida por una parte de central eléctrica solar (2) con un circuito de campo solar (3) y con una parte de central eléctrica convencional (10) con un circuito de vapor de agua (11), con una turbina de alta presión
    (12) y una turbina de baja presión (13), en el que la parte de central eléctrica solar (2) está acoplada a través de un intercambiador térmico (20) con la parte de central eléctrica convencional (10), caracterizado porque en el circuito de vapor de agua (11) de la parte de la central eléctrica convencional (10) está conectada al menos una combustión adicional (30), que está dispuesta entre la turbina de alta presión (12) y la turbina de baja presión (13).
  6. 6.- Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado porque el intercambiador de calor (20) está constituido por una pluralidad de intercambiadores de calor.
  7. 7.- Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque la al menos una combustión adicional
    (30)
    está conectada paralelamente a un intercambiador de calor (20).
  8. 8.- Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 5 a 7, caracterizado porque la al menos una combustión adicional
    (30)
    presenta una grifería de mezcla (32) y una grifería de regulación (31) así como un punto de mezcla (33).
  9. 9.- Dispositivo de acuerdo con las reivindicaciones 5 a 8, caracterizado porque la al menos una combustión adicional presenta un punto de mezcla (33).
  10. 10.- Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 9, caracterizado porque el acoplamiento de la parte de central eléctrica solar (2) y de la parte de central eléctrica convencional (10) está provisto con aceite térmico y/o aire y/o vapor de agua y/o solada de sal.
  11. 11.- Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 10, caracterizado porque la al menos una combustión adicional (30) está prevista por medio de petróleo y/o gas natural.
  12. 12.- Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 11, caracterizado porque uno o varios recalentadores intermedios (17) estén previstos entre la turbina de alta presión (12) y la turbina de baja presión (13).
  13. 13.- Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 5 a 12, caracterizado porque la parte de central eléctrica convencional (10) comprende un generador (14) para la generación de energía eléctrica.
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