ES2525739A1 - Almacenamiento de energía térmica de alta temperatura vinculado a la red eléctrica y mejora de planta solar concentrada - Google Patents

Almacenamiento de energía térmica de alta temperatura vinculado a la red eléctrica y mejora de planta solar concentrada Download PDF

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Abstract

Almacenamiento de energía térmica de alta temperatura vinculado a la red eléctrica y mejora de planta solar concentrada incluyendo sistemas de almacenamiento de energía térmica (TES) vinculados a la red, sistemas de potencia solar concentrada (CSP) que presentan TES vinculados a la red y métodos de operación del mismo. Los sistemas TES vinculados a la red incluyen un material de almacenamiento de calor, un material de transferencia de calor en comunicación térmica con una fuente de flujo solar concentrado y un elemento de calentamiento eléctrico. Tanto el material de transferencia de calor como el elemento de calentamiento eléctrico están en comunicación térmica con el material de almacenamiento de calor. Tanto el material de transferencia de calor como el elemento de calentamiento eléctrico se pueden usar selectivamente para proporcionar medios alternativos y complementarios para almacenar energía térmica en el material de almacenamiento de calor.

Description

DESCRIPCIÓN
Almacenamiento de energía térmica de alta temperatura vinculado a la red eléctrica y mejora de planta solar concentrada.
Solicitudes relacionadas
La presente solicitud reivindica el beneficio de la Solicitud de Patente Provisional de Estados 5 Unidos Nº 61/557.292, presentada el 8 de noviembre 2011, cuya solicitud se incorpora en la presente memoria por referencia en su totalidad.
Campo técnico
Las realizaciones descritas en la presente memoria se refieren a generación de electricidad de potencia solar concentrada. En particular, las realizaciones descritas se refieren a 10 almacenamiento de energía térmica en una planta de generación CSP conectada a red.
Antecedentes
Los sistemas de Concentración de Potencia Solar (CSP) utilizan energía solar para accionar un ciclo de potencia térmica para la generación de electricidad. Las tecnologías CSP incluyen sistemas de colector cilindro-parabólico, lineal de Fresnel, de receptor central o 15 “torre de potencia”, y de plato/motor. Se ha dirigido un considerable interés en CSP por los estándares de portfolio de energías renovables aplicables a proveedores de energía en el suroeste de los Estados Unidos y las tarifas de inyección de energías renovables en España. Los sistemas CSP se despliegan típicamente como plantas de potencia grandes, centralizadas para aprovechar las economías de escala. 20
Se ha dirigido mucho trabajo reciente a mejorar la eficiencia total, coste y compatibilidad con la red de la generación CSP, a fin de competir más eficazmente con las fuentes de generación de energía no renovable. Por ejemplo, se conoce que se puede obtener un aumento global en la eficiencia de conversión con una planta de generación de combustibles fósiles y CSP combinada o híbrida. Ver por ejemplo, las Patentes de EE.UU. Nº 7.845.172 y 25 7.331.178. La incorporación de una fuente de energía fósil en una planta CSP híbrida además puede mejorar la capacidad de gestión de la planta permitiendo que la salida generada sea ajustada más fácilmente a las necesidades que varían de las empresas de servicio público. No obstante, la tecnología CSP impulsada por gas se enfrenta a un número de retos, incluyendo la volatilidad del coste de suministro del gas natural, la tecnología de 30 quemadores de gas relativamente complicada y los esquemas regulatorios que ofrecen incentivos para eliminar totalmente las emisiones de gases de efecto invernadero.
Una ventaja clave de ciertos sistemas CSP, en particular los colectores cilindro-parabólicos y las torres de potencia, es la capacidad de incorporar almacenamiento de energía térmica (TES) donde la energía térmica se almacena en y retira desde un medio de almacenamiento de calor adecuado. El TES es a menudo menos caro y más eficiente que el almacenamiento de energía eléctrica convencional tal como baterías. Además, el uso de TES permite a una 5 planta CSP tener un factor de capacidad aumentado y proporcionar la capacidad despachar potencia a un operador de red según se necesita, para cubrir picos de demanda de alta energía tarde/noche u otros por ejemplo.
El TES a gran escala puede mitigar la variabilidad natural de las fuentes de energía renovable, incluyendo las plantas CSP, y conducen a una estabilidad aumentada de una red 10 de empresa de servicio público que ofrece una contribución sustancial de fuentes renovables. Los sistemas TES convencionales se enfrentan a una gama de barreras técnicas y de mercado no obstante. Por ejemplo, los sistemas TES que presentan un medio de almacenamiento químico generalmente ofrecen un número insuficiente de ciclos y densidad de almacenamiento baja, mientras que se pueden aplicar otras tecnologías TES 15 tales como aire comprimido solamente en un número limitado de ubicaciones geográficas.
Ciertos sistemas TES conocidos presentan el uso de materiales de cambio de fase como un medio de almacenamiento de energía térmica. Un beneficio de utilizar un material de cambio de fase como el medio de almacenamiento de energía térmica de un sistema TES es la alta densidad de energía realizada explotando el calor latente así como el calor sensible de un 20 material TES de cambio de fase adecuado. Por lo tanto, en gran parte debido a esta capacidad de calor inherentemente grande, los sistemas TES basados en materiales de cambio de fase son de interés creciente para aplicación en plantas CSP.
El aumento de combustibles fósiles en una planta CSP híbrida es conocido para aumentar la eficiencia de generación CSP pero el aumento de combustibles fósiles típicamente no puede 25 ayudar a equilibrar la generación y carga en una red que depende de fuentes renovables. Por ejemplo, los sistemas de aumento de combustibles fósiles no pueden asegurar que la capacidad de generación no excede la carga durante periodos muy ventosos o muy soleados cuando la red incluye generación accionada por viento o sol. Mientras que TES también puede aumentar la capacidad de gestión de la generación CSP, también 30 típicamente no puede aumentar el equilibrio de carga y generación de una red. Las plantas de almacenamiento térmico grandes, de escala de empresa de servicio público podrían equilibrar una red pero las tecnologías de almacenamiento conocidas disminuyen la eficiencia y costes añadidos. Lo que se necesita, por lo tanto, es un medio para aumentar la
capacidad de gestión y eficiencia de generación CSP, mientras que aumenta el rendimiento de ciclo de potencia CSP y que ofrece un almacenamiento de energía a gran escala para equilibrar la carga y generación de una red que se basa en recursos renovables. Las realizaciones descritas en la presente memoria se dirigen a superar uno o más de los problemas tratados anteriormente. 5
Compendio de las realizaciones
Una realización descrita en la presente memoria es un sistema de almacenamiento de energía térmica (TES) vinculado a la red. El sistema TES vinculado a la red incluye un material de almacenamiento de calor, un material de transferencia de calor en comunicación térmica con una fuente de flujo solar concentrado y un elemento de calentamiento eléctrico. 10 Tanto el material de transferencia de calor como el elemento de calentamiento eléctrico están en comunicación térmica con el material de almacenamiento de calor. Tanto el material de transferencia de calor como el elemento de calentamiento eléctrico proporcionan medios alternativos y complementarios para almacenar energía térmica en el material de almacenamiento de calor. En particular, el material de almacenamiento de calor se puede 15 calentar de manera selectiva mediante intercambio de calor con el material de transferencia de calor y/o aplicando potencia eléctrica al elemento de calentamiento eléctrico.
El material de transferencia de calor puede ser un fluido de trabajo en comunicación térmica con un ciclo de potencia o un fluido de transferencia de calor (HTF) en comunicación térmica con el fluido de trabajo. El material de almacenamiento de calor puede ser cualquier material 20 adecuado en cualquier fase. Ciertos materiales de almacenamiento de calor son materiales de cambio de fase que se someterán a un cambio de fase cuando el material de almacenamiento de calor se caliente a una temperatura de operación. Por ejemplo, el material de almacenamiento de calor puede ser una sal y el elemento de calentamiento eléctrico se implementaría entonces con un calentador resistivo en contacto térmico con la 25 sal. En otro ejemplo representativo, el material de almacenamiento de calor puede ser un metal y el elemento de calentamiento eléctrico se podría implementar con un calentador de inducción.
Una realización alternativa descrita en la presente memoria es un sistema de potencia solar concentrada (CSP) que tiene un receptor solar configurado para calentar un material de 30 transferencia de calor con flujo solar concentrado. Los sistemas CSP descritos también presentan un sistema TES vinculado a la red como se describió anteriormente y un ciclo de potencia en comunicación térmica con el material de transferencia de calor que proporciona la generación de potencia eléctrica. El sistema TES vinculado a la red de las realizaciones
CSP descritas se puede cargar con energía térmica desde cualquiera de los dos o ambos del material de transferencia de calor después de que ha sido calentado mediante flujo solar concentrado o los elementos de calentamiento eléctrico.
El todas las realizaciones CSP o TES vinculado a la red, se puede proporcionar energía de calor suplementaria al material de almacenamiento de calor desde el elemento de 5 calentador eléctrico cuando el sistema TES está en un modo de carga o cuando el sistema TES está descargándose de otro modo. Según se usa en la presente memoria, el sistema TES se está cargando cuando se está calentando por el fluido de trabajo o HTF. El sistema TES está generalmente en un modo de descarga cuando el sistema TES se está usando para calentar el fluido de trabajo o HTF. 10
Por ejemplo, durante el día cuando el sistema TES vinculado a la red típicamente se está cargando mediante flujo solar, se puede usar calor suplementario generado eléctricamente para mejorar el rendimiento de la planta CSP calentando el HTF a una temperatura más alta que de otro modo es posible usando sólo energía solar. Alternativamente, el calor adicional transferido al material de almacenamiento de calor a través de medios de calentamiento 15 eléctrico puede extender las horas de operación de una planta CSP a la noche o durante periodos de flujo solar bajo cuando típicamente se está descargando el sistema TES. Por consiguiente, una planta CSP que presenta un sistema TES vinculado a la red tendrá capacidad de gestión mejorada, generalmente mayor eficiencia y compatibilidad con la red mejorada. 20
En ciertas realizaciones, los sistemas TES vinculados a la red se pueden escalar e implementar con un aparato que tiene mucha más capacidad térmica que la requerida para mejorar meramente la capacidad de gestión y la eficiencia de CSP local. Un sistema TES a gran escala también puede ofrecer por lo tanto almacenamiento de energía a escala de empresa de servicio público tal como la energía excedente generada en cualquier sitio en la 25 red en periodos de baja demanda o periodos de producción alta se pueden utilizar por la planta CSP durante periodos de alta demanda, equilibrando por ello la red entera.
Realizaciones alternativas incluyen métodos de almacenamiento de energía térmica y generación de potencia usando un CSP que presenta un TES vinculado a la red como se describió anteriormente. 30
Breve descripción de los dibujos
La FIG. 1 es un diagrama esquemático de un sistema TES vinculado a la red en una planta CSP.
La FIG. 2 es un diagrama esquemático de un sistema TES vinculado a la red en una planta CSP alternativa.
La FIG. 3 es una vista en perspectiva de un módulo de intercambiador de calor.
La FIG. 4 es una vista superior en perspectiva de un tanque de TES que contiene múltiples módulos de intercambiador de calor. 5
La FIG. 5 es un diagrama esquemático que muestra unas configuraciones de un tanque, calentador y módulos de intercambio de calor que presentan calentadores inductivos.
La FIG. 6 es un diagrama esquemático que muestra unas configuraciones de un tanque, calentador y módulos de intercambio de calor que presentan calentadores resistivos.
La FIG. 7 es un diagrama esquemático que muestra unas configuraciones de un tanque, 10 calentador y módulos de intercambio de calor que presentan calentadores resistivos alternativos.
La FIG. 8 es un diagrama de flujo de un método que se describe en la presente memoria.
Descripción detallada
A menos que se indique de otro modo, todos los números que expresan cantidades de 15 ingredientes, dimensiones, condiciones de reacción y así sucesivamente usados en la especificación y las reivindicaciones tienen que ser entendidos como que se modifican en todos los casos por el término “aproximadamente”.
En esta solicitud y las reivindicaciones, el uso del singular incluye el plural a menos que se exprese específicamente de otro modo. Además, el uso de “o” significa “y/o” a menos que se 20 exprese de otro modo. Además, el uso del término “que incluye”, así como otras formas, tales como “incluye” e “incluido”, no es limitante. También, términos tales como “elemento” o “componente” abarcan tanto elementos como componentes que comprenden una unidad y elementos y componentes que comprenden más de una unidad a menos que se exprese específicamente de otro modo. 25
Todos los rasgos descritos en esta especificación (incluyendo las reivindicaciones, descripción y dibujos) y/o todos los pasos del método descrito se pueden combinar en cualquier combinación, con la excepción de las combinaciones de tales rasgos y/o pasos mutuamente excluyentes.
Diversas realizaciones de sistemas de almacenamiento de energía térmica (TES) vinculados 30 a la red y plantas de potencia solar concentrada (CSP) se describen en la presente
memoria. Como se describe en detalle más adelante, los sistemas TES y CSP descritos se pueden cargar térmicamente mediante flujo solar y los sistemas TES también se pueden cargar térmicamente usando energía eléctrica de la red desde la empresa de servicio público. Los sistemas TES vinculados a la red descritos en la presente memoria de esta manera pueden consumar múltiples metas, que incluyen pero no se limitan a: proporcionar 5 almacenamiento de energía a gran escala a la red eléctrica, aumentar la eficiencia de generación de energía eléctrica usando CSP y aumentar la capacidad de gestión de una planta CSP.
Las plantas CSP típicamente utilizan un ciclo de potencia que tiene elementos de generación de potencia accionada por turbina. Se proporciona potencia a las turbinas por un 10 fluido de trabajo que se calienta directa o indirectamente a temperaturas de operación mediante energía solar. Algunas plantas CSP utilizan un circuito de fluido de transferencia de calor (HTF) donde el HTF se calienta directamente a temperaturas de operación mediante energía solar y se carga térmicamente un fluido de trabajo de ciclo de potencia separado mediante intercambio de calor con el HTF. Las realizaciones del TES vinculado a 15 la red descritas en la presente memoria se pueden implementar en un sistema que utiliza materiales HTF separados o en un sistema donde el fluido de trabajo de ciclo de potencia se calienta directamente mediante energía solar. Por ejemplo, la FIG. 1 muestra un sistema CSP posible que utiliza una realización del TES vinculado a la red descrito donde el fluido de trabajo se calienta directamente mediante energía solar. La FIG. 2 muestra un sistema CSP 20 alternativo que presenta un TES vinculado a la red; la realización de la FIG. 2 utiliza un circuito de HTF separado no obstante.
El fluido de trabajo de ciclo de potencia y cualquier HTF separado se conocen colectivamente en la presente memoria como “materiales de transferencia de calor”. Los materiales de transferencia de calor pueden estar presentes en fases gaseosa, líquida o 25 sólida. La característica de definición de un material de transferencia de calor es que se puede calentar mediante flujo solar y también un material de transferencia de calor puede proporcionar directa o indirectamente energía térmica para impulsar la generación de energía eléctrica.
En cualquier tipo de sistema CSP, el fluido de trabajo se define como el fluido que acciona 30 directamente los elementos de generación de potencia. El fluido de trabajo puede ser, pero no está limitado a, vapor, usado por ejemplo en un ciclo de potencia Rankine, o dióxido de carbono usado, por ejemplo, en un ciclo Brayton supercrítico. En sistemas que utilizan un circuito HTF separado pero acoplado térmicamente, el HTF se puede implementar con una
amplia gama de materiales que incluyen pero no se limitan a aceites de transferencia de calor tradicionales, diversos materiales que se someten a un cambio de fase líquido-gas o sólido-líquido a temperaturas de operación, sólidos tales como ciertos metales, partículas que caen, sales y otros materiales. Las realizaciones de TES vinculado a la red descrito en la presente memoria se podrían optimizar para ciertos fluidos de trabajo y HTF. Es 5 importante señalar no obstante que las realizaciones de TES vinculadas a la red no están limitadas a uno cualquiera o más arquitecturas de fluidos de trabajo, HTF, CSP o ciclo de potencia. Por el contrario, las realizaciones descritas de TES vinculado a la red se pueden implementar ventajosamente con cualquier arquitectura CSP o arquitecturas CSP mezcladas. 10
En una realización, el sistema TES vinculado a la red incluye al menos uno, pero típicamente varios, módulos de intercambiador de calor integrados en un medio de almacenamiento de calor que puede ser en ciertas implementaciones un material de cambio de fase (“PCM”) contenido en el tanque. El medio de almacenamiento de calor se puede calentar y el sistema de almacenamiento cargar térmicamente, pasando el fluido de trabajo 15 calentado o el HTF calentado a través de uno o más módulos de intercambiador de calor en comunicación térmica con el medio de almacenamiento de calor. Si el medio de almacenamiento de calor es un PCM, el medio de almacenamiento se puede calentar y/o hacer someterse a un cambio de fase mediante interacción térmica con el fluido de trabajo o HTF caliente. Los sistemas TES vinculados a la red descritos en la presente memoria 20 también se pueden cargar térmicamente con energía eléctrica obtenida de la red de la empresa de servicio público. La carga eléctrica de los sistemas TES vinculados a la red ocurre por medio de unos medios de entrega de calor acoplados térmicamente al medio de almacenamiento de calor. Los medios de entrega de calor pueden ser calentadores de resistencia eléctrica integrados en el medio de almacenamiento eléctrico o los calentadores 25 de inducción que rodean un tanque del medio de almacenamiento de calor eléctricamente conductivo.
Cuando se carga un sistema TES vinculado a la red mediante contacto con un material calentado solarmente, mediante calentamiento eléctrico o ambos, el sistema se puede descargar cuando el fluido de trabajo o HTF de menor temperatura se pasa selectivamente 30 a través del sistema TES para aumentar la temperatura del fluido objeto. La descarga temporizada adecuadamente desde un TES puede mejorar la eficiencia del ciclo de potencia total, mejorar la capacidad de gestión de CSP y con respecto a las realizaciones de TES vinculado a la red descritas en la presente memoria, equilibrar la generación y la carga en la red de potencia eléctrica. 35
La FIG. 1 muestra una arquitectura CSP representativa 10 en la que un fluido de trabajo de ciclo Rankine, vapor, entra en el conducto 12 después de ser producido por el flujo solar concentrado en un receptor solar 14 de una planta de potencia solar concentrada. En ésta y todas las otras realizaciones, incluyendo aquéllas que no implican un ciclo Rankine, el receptor solar 14 se puede adaptar de diferentes formas para proporcionar calor al fluido de 5 trabajo, incluyendo, como se detalla más adelante con respecto a la FIG. 2, mediante la entrega de calor a un fluido de transferencia de calor que a su vez transfiere calor al fluido de trabajo a través de un intercambiador de calor. En la realización mostrada en la FIG. 1, el vapor, una vez generado, viaja a través de un intercambiador de calor de sobrecalentador 16 dentro de un sistema TES vinculado a la red 18 llenado con un material de 10 almacenamiento de calor que puede ser un material de cambio de fase de alta temperatura 20. El vapor entonces se encamina para impulsar una turbina de vapor de alta presión 22. Algo de vapor también se puede purgar en un sistema de calentador alimentado con agua 24, con el vapor restante que fluye a través de la parte de recalentamiento 26 del sistema TES vinculado a la red 18 y vuelve a una turbina de vapor de baja presión 28 para accionar 15 la generación de potencia adicional. El vapor que sale de la turbina 28 entonces fluye dentro de un condensador y los calentadores alimentados con agua 24 y, en forma de líquido, vuelve a través del conducto 30 al receptor de la planta CSP 14 a ser recalentado por flujo solar concentrado para producir vapor.
El sistema TES vinculado a la red 18 también incluye un elemento de calentamiento 20 eléctrico 32 para proporcionar selectivamente calor adicional o suplementario al material de almacenamiento de calor en el sistema TES vinculado a la red 18. La interconexión del elemento de calentamiento eléctrico 32 con la red 34 se muestra esquemáticamente en la FIG. 1. El elemento de calentamiento eléctrico 32 se puede implementar con elementos de calentamiento resistivos o elementos de calentamiento inductivos, dependiendo de la 25 naturaleza del material de almacenamiento de calor.
En la realización de la FIG. 1 el sistema TES vinculado a la red 18 se implementa con un módulo de almacenamiento PCM situado después del receptor solar/generador de vapor 14 en la línea de vapor de un ciclo de potencia Rankine de encendido solar. En otras realizaciones el sistema TES vinculado a la red se puede colocar en otra parte, por ejemplo, 30 en la línea entre múltiples etapas de turbina.
Aunque los sistemas TES vinculados a la red descritos en la presente memoria no están limitados a sistemas que usan un material de almacenamiento de calor PCM, un beneficio de un sistema PCM es la simplicidad y bajo coste a temperaturas por encima de 400ºC. A
tales altas temperaturas de operación objetivo, los materiales de almacenamiento metálicos pueden ser los más apropiados, aunque también se pueden considerar sal y otros materiales. Grandes tanques de metal cilíndricos, posiblemente forrados con un material inerte adecuado, pueden ser recipientes de almacenamiento económicos para un material de almacenamiento de calor PCM que tiene muchos elementos de intercambiador de calor, 5 por ejemplo, o bien placas o bien bobinas, inmersas en el PCM.
El TES vinculado a la red es aplicable tanto a nuevas plantas como existentes. Las plantas existentes se pueden modernizar interconectando el sistema TES vinculado a la red entre el generador de vapor y la turbina de vapor, y entre múltiples etapas de turbina, según sea adecuado. Adaptando la masa de material de almacenamiento de calor para lograr un 10 equilibrio óptimo entre la salida térmica de un campo solar dado y los requerimientos al ciclo de potencia asociado, se puede diseñar un sistema TES vinculado a la red para acomodar las necesidades de cualquier tamaño de una planta nueva o existente.
Cada una de las realizaciones del TES vinculado a la red descritas en la presente memoria, que tienen uno o más tipos de sistema de calentamiento eléctrico conectado a la red 15 eléctrica, permite que se tome potencia desde la red para calentar un material de transferencia de calor asociado con el sistema de almacenamiento. Durante el día, el calor generado eléctricamente se puede usar para mejorar el rendimiento de la planta CSP calentando el fluido de trabajo de ciclo de potencia o un HTF a una temperatura mayor que la que es posible de otro modo usando sólo energía solar. Alternativamente, el calor 20 adicional transferido al material de almacenamiento de calor a través de medios de calentamiento eléctrico puede extender las horas de operación de una planta CSP a la noche o durante periodos de bajo flujo solar. Por consiguiente, una planta CSP que presenta un sistema TES vinculado a la red tendrá capacidad de gestión mejorada, generalmente mayor eficiencia y compatibilidad con la red. Los sistemas TES vinculados a la red también 25 ofrecen almacenamiento de energía a escala de empresa de servicio público tal como la energía excedente generada en periodos de baja demanda o alta salida de generación que se puede utilizar durante periodos de alta demanda equilibrando por ello la red entera.
La FIG. 2 muestra un sistema de generación de potencia solar alternativo 200 que presenta el uso de un sistema TES vinculado a la red 202. El sistema CSP 200 se puede considerar 30 que tiene múltiples bloques funcionales incluyendo: uno o más receptores o concentradores de energía solar 204, uno o más sistemas TES vinculados a la red 202 y uno o más bloques de potencia 206. Los elementos de concentrador de energía solar 204 pueden ser de cualquier tipo conocido, incluyendo pero no limitado a, reflectores de colector cilindro-
parabólico, torres de energía solar basadas en heliostato o aparatos similares. En todos los casos el elemento de concentrador solar 204 concentra la luz solar reflejada sobre la superficie de un tubo u otra estructura receptora dentro de la cual se circula un HTF. El HTF se calienta de esta manera por la luz solar concentrada y se usa para generar potencia eléctrica como se describe más adelante. Un sistema de generación de potencia solar 5 implementado comercialmente 200 generalmente tendrá muchos concentradores de energía solar de tipo colector cilindro-parabólico 204 en un campo solar o un menor número de concentradores de energía solar tipo torre y receptor 204 para cada sistema TES vinculado a la red 202 o bloque de potencia 206.
En la realización de la FIG. 2, el concentrador de energía solar 204, el sistema TES 10 vinculado a la red 202 y el bloque de potencia 206 se mantienen cada uno en comunicación térmica a través de un circuito de HTF 208. El circuito de HTF 208 tiene un fluido de transferencia de calor (que puede estar en una fase gaseosa, líquida o sólida, dependiendo del material HTF seleccionado) que fluye o se transporta dentro de tuberías, conductos, válvulas, bombas y otras estructuras del circuito 208. 15
El bloque de potencia 206 incluye varias componentes de tren de vapor 210 que proporcionan intercambio de calor entre el HTF que fluye en el circuito de HTF 208 y agua y otro fluido de trabajo que fluye en un circuito de fluido de trabajo 212. Típicamente, el bloque de potencia 206 incluye al menos los siguientes componentes de tren de vapor: un pre calentador 214, un evaporador 216 y un sobrecalentador 218, dispuesto en orden de menor 20 a mayor temperatura de operación. En los diversos componentes de tren de vapor 210, se intercambia calor entre el circuito de HTF 208 y el circuito de fluido de trabajo 212 provocando la producción de vapor súper calentado que se puede usar para accionar una o más turbinas de vapor 220 para generación de potencia. Mientras que el sistema TES vinculado a la red 202 se muestra en la FIG. 2 como un elemento del circuito de HTF 208, 25 es importante señalar que un sistema TES vinculado a la red se puede asociar alternativa o adicionalmente con el circuito de fluido de trabajo 212 y los componentes de tren de vapor 210.
El sistema TES vinculado a la red 202 puede incluir muchos contenedores individuales con cada uno que contiene un material de almacenamiento de calor 222, que puede ser un 30 material de cambio de fase que tiene una temperatura de fusión seleccionada. Durante ciertos periodos de operación, el HTF caliente que fluye o se transporta desde el concentrador de energía solar 204 se hace fluir en parte a través del sistema TES vinculado a la red 202 calentando por ello el material de calentamiento de calor 222 y posiblemente
fundiendo y calentando el material de almacenamiento de calor si es un PCM. Además, el material de almacenamiento de calor también se puede calentar selectivamente mediante un elemento de calentamiento eléctrico 224, que recibe potencia de la red de la empresa de servicio público 226.
El sistema de generación de potencia solar 200 se puede operar en dos modos con respecto 5 al sistema de almacenamiento de energía térmica 202; modo de carga y modo de descarga. El funcionamiento en el modo de carga se representa esquemáticamente en la FIG. 2. En el modo de carga, la radiación solar incidente que cae sobre un concentrador de energía solar 204 se concentra por reflexión para calentar una parte del circuito de HTF 208 que fluye a través o cerca del concentrador. Tras la salida del concentrador de energía solar 204, el 10 fluido de transferencia de calor caliente se encamina al bloque de potencia 206 y/o el sistema TES vinculado a la red 202 para calentar el material de almacenamiento de calor 222. En un modo de descarga, la energía térmica se transfiere al HTF desde el material de almacenamiento de calor caliente 222.
Se puede proporcionar energía de calor suplementaria al material de almacenamiento de 15 calor 222 desde el elemento de calentador eléctrico 224 o bien en el modo de carga o bien en el modo de descarga. Por ejemplo, durante el día cuando el sistema TES vinculado a la red se carga típicamente por flujo solar, el calor generado eléctricamente suplementario se puede usar para mejorar el rendimiento de la planta CSP calentando el HTF a una temperatura mayor que la que es posible de otro modo usando sólo energía solar. 20 Alternativamente, el calor adicional transferido al material de almacenamiento de calor a través de medios de calentamiento eléctrico pueden extender las horas de operación de una planta CSP a la noche o durante periodos de bajo flujo solar cuando el sistema TES típicamente se está descargando. Por consiguiente, una planta CSP que presenta un sistema TES vinculado a la red tendrá una capacidad de gestión mejorada, generalmente 25 mayor eficiencia y compatibilidad con la red.
En ciertas realizaciones, los sistemas TES vinculados a la red 202 se pueden escalar e implementar con aparatos que tienen mucha mayor capacidad térmica que la requerida para mejorar meramente la eficiencia y capacidad de gestión de la CSP. Un sistema TES a gran escala también puede ofrecer por lo tanto almacenamiento de energía a escala de empresa 30 de servicio público de manera que la energía excedente generada en cualquier sitio en la red en periodos de baja demanda o periodos de salida de generación alta se puede utilizar durante periodos de alta demanda equilibrando por ello la red entera.
La FIG. 3 muestra un módulo intercambiador de calor 300 único representativo, pero no
limitante que comprende múltiples placas de intercambiador de calor 302 para transferir calor a o desde el fluido de trabajo o HTF a un material de almacenamiento de calor como se describió anteriormente. Cada placa tiene puertos de entrada y salida 304 conectados a un sistema de cabecera de módulo 306 que permite al fluido de trabajo fluir en paralelo a través de las múltiples placas, y una cabecera de sistema de almacenamiento total 308 para 5 conectar el flujo de fluido de trabajo entre múltiples módulos.
La FIG. 4 muestra una realización de sistema TES vinculado a la red que tiene los múltiples módulos de intercambiador de calor 300 integrados en un tanque 310. En la realización de la FIG. 4, la formación de módulos de intercambiador de calor 300 están conectados por un sistema de cabecera 308 y separados en zonas de recalentamiento 312 y 10 sobrecalentamiento. Las zonas de recalentamiento 312 y sobrecalentamiento 314 son útiles cuando un fluido de trabajo está pasando desde múltiples puntos en un ciclo de potencia a través del sistema TES vinculado a la red. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 1 el fluido de trabajo se puede pasar a través de un sistema TES vinculado a la red desde un punto entre el receptor solar/generador de vapor y la turbina y un punto entre la primera y 15 segunda etapa de turbina.
Hay múltiples realizaciones posibles de calentamiento y fusión de sistemas que se pueden emplear en una unidad de TES vinculado a la red usando un material PCM como el material de almacenamiento de calor. En general, la estrategia de calentamiento/fusión implementada dependerá del material de almacenamiento de calor seleccionado. Por 20 ejemplo, un PCM metálico, tal como aluminio, será susceptible de calentarse mediante bobinas de calentamiento por inducción, como se muestra en la FIG. 5, mientras que una sal, tal como cloruro de magnesio, requerirá los métodos de calentamiento directo de las FIG. 6 y 7 como se describe más adelante. La FIG. 5 muestra una realización del sistema TES vinculado a la red 500 en la que se puede contener un PCM 502 en un tanque 504 que 25 está rodeado por aislante 506. Se puede añadir calor al PCM 502 mediante las bobinas de inducción 508 que rodean el tanque y están conectadas a un circuito eléctrico 510 que recibe potencia de la red. El calor se puede extraer desde el PCM mediante (por ejemplo) el fluido de trabajo de vapor 512 que fluye dentro del sistema en una entrada 514, a través de un conjunto de módulos de intercambiador de calor 516 de repetición que están duplicados 30 e interconectados para encajar los requerimientos del sistema, a través de un sistema de cabecera 518 a cualquier otro intercambiador de calor y que entonces fluye fuera del sistema a través de un puerto de salida 520.
La FIG. 6 muestra un sistema TES vinculado a la red 600 alternativo en el que el PCM 602
está contenido en un tanque 604 rodeado por aislante 606. Se puede añadir calor al PCM por medio de bobinas calefactoras resistivas 608 que están inmersas en el tanque y están conectadas a un circuito eléctrico 610 que recibe potencia de la red. Se puede extraer calor del PCM mediante (por ejemplo) un fluido de trabajo de ciclo de potencia 612 que fluye en el sistema en una entrada 614 a través de un intercambiador de calor 616, a través de un 5 sistema de cabecera 618 a otros intercambiadores de calor y entonces que fluye fuera del sistema a través de un puerto de salida 620.
La FIG. 7 muestra una realización alternativa del sistema TES vinculado a la red 700 en el que está contenido un PCM 702 en un tanque 704 rodeado por aislante 706. Se puede añadir calor al PCM por medio de calentamiento de impedancia aplicado a través de la 10 superficie del intercambiador de calor que está interconectado eléctricamente en conexión eléctrica 708 a un circuito eléctrico 710 que recibe potencia de la red. Se puede extraer calor del PCM mediante (por ejemplo) un fluido de trabajo de ciclo de potencia 712 que fluye dentro del sistema en una entrada 714 a través de un intercambiador de calor 716, a través de un sistema de cabecera 718 a otros intercambiadores de calor y que entonces fluye fuera 15 del sistema a través de un puerto de salida 720.
Las realizaciones alternativas descritas en la presente memoria incluyen métodos de generación de energía eléctrica usando CSP que tiene uno o más de los sistemas TES vinculados a la red como se describió anteriormente. Como se muestra en la FIG. 8, una realización del método 800 incluye el paso de calentar un material de transferencia de calor 20 con flujo solar concentrado (Paso 802). Como se señaló anteriormente, el material de transferencia de calor puede ser el fluido de trabajo de un ciclo de potencia o el material de transferencia de calor puede ser un HTF separado usado para transferir energía térmica al fluido de trabajo del ciclo de potencia. Además, el material de transferencia de calor puede estar en fase de gas, sólida o líquida durante su uso, o puede cambiar las fases a 25 temperaturas de operación. En ciertas realizaciones el material de transferencia de calor y el fluido de trabajo son el mismo material.
El método además incluye calentar un material de almacenamiento de calor a través de intercambio de calor con el material de transferencia de calor (paso 804). El intercambio de calor entre el material de transferencia de calor y el material de almacenamiento de calor 30 puede darse en cualquiera de los sistemas TES vinculados a la red descritos en la presente memoria o en sistemas similares que presentan intercambiadores de calor. El material de almacenamiento de calor puede ser, en ciertas realizaciones un material de cambio de fase que cambia las fases desde, por ejemplo, fase sólida a líquida cuando se calienta el material
de almacenamiento de calor a una temperatura de operación suficiente para soportar generación de potencia. En todas las realizaciones, el material de almacenamiento de calor también se puede calentar con un elemento de calentamiento eléctrico (pasos 806, 808). Ciertos materiales de almacenamiento de calor, tales como PCM basados en sal se adecúan mejor a usar en sistemas TES vinculados a la red usando un elemento de 5 calentamiento eléctrico resistivo. Otros materiales de almacenamiento de calor, tales como metales, se pueden usar en sistemas TES vinculados a la red que tienen elementos de calentamiento inductivos.
El método además incluye proporcionar energía al fluido de trabajo de un ciclo de generación de potencia mediante el intercambio de calor entre el fluido de flujo y el material 10 de almacenamiento de calor (pasos 810 y 812). Los pasos 804 y 808 ambos implican la transferencia de energía térmica al material de almacenamiento de calor y se conocen como cargar el material de almacenamiento de calor o cargar el sistema TES. Por el contrario, el paso 810 concierne a la descarga del sistema TES donde se proporciona energía desde el sistema TES directa o indirectamente al fluido de trabajo del ciclo de potencia. Típicamente, 15 cargar a través de intercambio de calor entre el material de almacenamiento de calor y el material de transferencia de calor (paso 804) ocurre durante el día y en particular durante periodos de flujo de energía solar alto. Cargar el sistema TES vinculado a la red usando un elemento de calentamiento eléctrico puede ocurrir en cualquier momento no obstante. Además, el elemento de calentamiento eléctrico se puede usar para calentar el material de 20 almacenamiento de calor a una temperatura mayor que la que es posible cargar a través de intercambio de calor con el material de transferencia de calor sólo. De esta manera, los sistemas TES vinculados a la red y los sistemas CSP descritos pueden producir potencia durante periodos de flujo solar reducido y tienen capacidad de gestión mejorada.
La energía eléctrica proporcionada a los elementos de calentamiento eléctricos de un 25 sistema TES vinculado a la red se puede generar en cualquier planta de potencia de cualquier tipo conectada a la red de una empresa de servicio público. Por consiguiente, la energía excedente generada en momentos de baja demanda por cualquier planta de potencia conectada a la red se puede almacenar como energía térmica en los sistemas TES vinculados a la red descritos en la presente memoria. 30
Diversas realizaciones de la descripción también podrían incluir permutaciones de los diversos elementos enumerados en las reivindicaciones como si cada reivindicación dependiente fuera una reivindicación dependiente múltiple que incorpora las limitaciones de cada una de las reivindicaciones dependientes precedentes así como las reivindicaciones
independientes. Tales permutaciones están expresamente dentro del alcance de esta descripción.
Mientras que las realizaciones descritas en la presente memora se han mostrado y descrito particularmente con referencia a un número de alternativas, se entenderá por los expertos en la técnica que se pueden hacer cambios en la forma y detalles a las diversas 5 configuraciones descritas en la presente memoria sin apartarse del espíritu y alcance de la descripción. Las diversas realizaciones descritas en la presente memoria no se pretende que actúen como limitaciones en el alcance de las reivindicaciones. Todas las referencias citadas en la presente memoria se incorporan en su totalidad por referencia.
10

Claims (20)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un sistema de almacenamiento de energía térmica vinculado a la red que comprende:
    un material de almacenamiento de calor;
    un material de transferencia de calor en comunicación térmica con una fuente de flujo solar concentrado y además en comunicación térmica con el material de almacenamiento 5 de calor que proporciona selectivamente calor o frio al material de almacenamiento de calor a través del intercambio de calor con el material de transferencia de calor; y
    un elemento de calentamiento eléctrico en comunicación térmica con el material de almacenamiento de calor que proporciona selectivamente calor al material de almacenamiento aplicando potencia eléctrica al elemento de calentamiento eléctrico. 10
  2. 2. El sistema de almacenamiento de energía térmica vinculado a la red de la reivindicación 1 en donde el material de transferencia de calor comprende al menos uno de un fluido de trabajo en comunicación térmica con un ciclo de potencia o un fluido de transferencia de calor en comunicación térmica con el fluido de trabajo.
  3. 3. El sistema de almacenamiento de energía térmica vinculado a la red de la reivindicación 15 1 en donde el material de almacenamiento de calor es un material de cambio de fase que se someterá a un cambio de fase cuando el material de almacenamiento de calor se caliente a una temperatura de operación.
  4. 4. El sistema de almacenamiento de energía térmica vinculado a la red de la reivindicación 2 en donde el material de almacenamiento de calor comprende una sal y el elemento de 20 calentamiento eléctrico comprende un calentador resistivo.
  5. 5. El sistema de almacenamiento de energía térmica vinculado a la red de la reivindicación 2 en donde el material de almacenamiento de calor comprende un metal y el elemento de calentamiento eléctrico comprende un calentador de inducción.
  6. 6. Un sistema de potencia solar concentrada que comprende: 25
    un receptor solar configurado para calentar un material de transferencia de calor con flujo solar concentrado;
    un sistema de almacenamiento de energía térmica vinculado a la red que comprende un material de almacenamiento de calor en comunicación térmica con el material de transferencia de calor y un elemento de calentamiento eléctrico en comunicación térmica 30 con el material de almacenamiento de calor, por lo cual el material de almacenamiento de
    calor se puede calentar a través de intercambio de calor con el material de transferencia de calor o a través de calentamiento proporcionado por el elemento de calentamiento eléctrico; y
    un ciclo de potencia en comunicación térmica con el material de transferencia de calor que proporciona la generación de potencia eléctrica. 5
  7. 7. El sistema de potencia solar concentrada de la reivindicación 6 en donde el material de transferencia de calor comprende al menos uno de un fluido de trabajo en comunicación térmica con un ciclo de potencia o un fluido de transferencia de calor en comunicación térmica con el fluido de trabajo.
  8. 8. El sistema de potencia solar concentrada de la reivindicación 6 en donde el material de 10 almacenamiento de calor es un material de cambio de fase que se someterá a un cambio de fase cuando el material de almacenamiento de calor se caliente a una temperatura de operación.
  9. 9. El sistema de potencia solar concentrada de la reivindicación 6 en donde el material de almacenamiento de calor comprende una sal y el elemento de calentamiento eléctrico 15 comprende un calentador resistivo.
  10. 10. El sistema de potencia solar concentrada de la reivindicación 6 en donde el material de almacenamiento de calor comprende un metal y el elemento de calentamiento eléctrico comprende un calentador inductivo.
  11. 11. El sistema de potencia solar concentrada de la reivindicación 6 en donde el ciclo de 20 potencia comprende una etapa de turbina de alta presión y una etapa de turbina de baja presión y en donde el sistema de almacenamiento de energía térmica vinculado a la red proporciona intercambio de calor con un fluido de trabajo de ciclo de potencia antes de la etapa de turbina de alta presión y antes de la etapa de turbina de baja presión.
  12. 12. El sistema de potencia solar concentrada de la reivindicación 6 en donde el sistema de 25 almacenamiento de energía térmica vinculado a la red proporciona el almacenamiento térmico de energía eléctrica generada en una ubicación remota del receptor solar.
  13. 13. Un método para operar una planta de potencia solar concentrada que comprende:
    calentar un material de transferencia de calor con flujo solar concentrado;
    calentar un material de almacenamiento de calor a través de intercambio de calor con el 30 material de transferencia de calor;
    calentar el material de almacenamiento de calor con un elemento de calentamiento eléctrico; y
    proporcionar energía a un fluido de trabajo de un ciclo de generación de potencia mediante intercambio de calor entre el fluido de trabajo y el material de almacenamiento de calor. 5
  14. 14. El método de la reivindicación 13 en donde el material de transferencia de calor y el fluido de trabajo son el mismo material.
  15. 15. El método de la reivindicación 13 en donde el material de transferencia de calor comprende un fluido de transferencia de calor en comunicación térmica con el fluido de trabajo. 10
  16. 16. El método de la reivindicación 13 que además comprende:
    calentar el material de almacenamiento de calor a una primera temperatura de operación a través de intercambio de calor con el material de transferencia de calor; y
    calentar el material de almacenamiento de calor a una segunda temperatura de operación mayor que la primera temperatura de operación con el elemento de calentamiento 15 eléctrico.
  17. 17. El método de la reivindicación 13 que además comprende calentar el material de transferencia de calor a la segunda temperatura de operación a través de intercambio de calor con el material de almacenamiento de calor.
  18. 18. El método de la reivindicación 13 en donde el material de almacenamiento de calor 20 comprende una sal y el elemento de calentamiento eléctrico comprende un calentador resistivo.
  19. 19. El método de la reivindicación 13 en donde el material de almacenamiento de calor comprende un metal y el elemento de calentamiento eléctrico comprende un calentador de inducción. 25
  20. 20. El método de la reivindicación 13 que además comprende proporcionar el almacenamiento térmico de energía eléctrica generado en una ubicación remota desde el receptor solar calentando el material de almacenamiento de calor con el elemento de calentamiento eléctrico.
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Families Citing this family (31)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013059017A2 (en) * 2011-10-20 2013-04-25 Abengoa Solar Inc. Heat transfer fluid heating system and method for a parabolic trough solar concentrator
WO2014161065A1 (en) 2013-04-03 2014-10-09 Sigma Energy Storage Inc. Compressed air energy storage and recovery
ES2810875T3 (es) * 2013-06-22 2021-03-09 Inductotherm Corp Calentadores de fluido por inducción eléctrica para fluidos utilizados en sistemas de generadores eléctricos accionados por turbina
US10012113B2 (en) * 2014-03-18 2018-07-03 Vassilios Vamvas Combined cycle plant with thermal energy storage
GB201407634D0 (en) * 2014-04-30 2014-06-11 Lewis Stephen D Thermal energy storage
US10294861B2 (en) 2015-01-26 2019-05-21 Trent University Compressed gas energy storage system
US20170038156A1 (en) * 2015-08-05 2017-02-09 Ajax Tocco Magnethermic Corporation Induction molten salt heat transfer system
FR3040207B1 (fr) * 2015-08-20 2020-10-30 Hutchinson Bloc modulaire et unite de stockage d'une energie thermique
FR3040210B1 (fr) * 2015-08-20 2019-09-06 Hutchinson Ensemble modulaire pour stockeur ou batterie
GB2540670B (en) * 2016-06-22 2018-02-14 Future Energy Source Ltd A solar energy capture, energy conversion and energy storage system
DE102016214447B4 (de) * 2016-08-04 2020-12-24 Siemens Aktiengesellschaft Kraftwerk mit Phasenwechselmaterial-Wärmespeicher und Verfahren zum Betreiben eines Kraftwerks mit Phasenwechselmaterial-Wärmespeicher
FI20175180L (fi) * 2017-02-27 2018-08-28 Ari Piispanen Energiavirtojen hallintamenetelmä ja -järjestelmä
EP3601924A4 (en) * 2017-03-23 2020-11-25 1414 Degrees Limited ENERGY STORAGE AND RECOVERY SYSTEM
US11692778B2 (en) 2017-06-21 2023-07-04 Westinghouse Electric Company Llc Energy storage device
US11248851B2 (en) 2017-06-21 2022-02-15 Westinghouse Electric Company Llc Energy storage device
ES2787452T3 (es) * 2017-12-13 2020-10-16 Aislamientos Suaval S A Sistema y método de cogeneración para la producción de energía térmica y eléctrica a partir de energía termosolar
GB201808478D0 (en) * 2018-05-23 2018-07-11 Univ Edinburgh Ultra-high temperature thermal energy storage system
JP2021528584A (ja) 2018-06-20 2021-10-21 マクベイ, デイビッド アランMCBAY, David Alan 地熱塩水流体から熱エネルギーを抽出するための方法、システム及び装置
IT201800009659A1 (it) * 2018-10-22 2020-04-22 Spiga Nord Spa Unità accumulatrice di energia termica a calore latente
CN109466409B (zh) * 2018-11-30 2021-08-17 淮阴工学院 多能源发生器及安装该发生器的水产品运输车
TR201911021A2 (tr) * 2019-07-23 2021-02-22 Yasar Ueniversitesi Enerji̇ santralleri̇nde yüksek sicaklik isi depolama si̇stemi̇
US20210278147A1 (en) * 2020-03-05 2021-09-09 Uchicago Argonne, Llc Additively Manufactured Modular Heat Exchanger Accommodating High Pressure, High Temperature and Corrosive Fluids
AU2021309807A1 (en) * 2020-07-14 2023-03-09 Alliance For Sustainable Energy, Llc Electric charging particle heater for thermal energy storage
CA3200230A1 (en) 2020-11-30 2022-06-02 John Setel O'donnell Energy storage system and applications
US11913362B2 (en) 2020-11-30 2024-02-27 Rondo Energy, Inc. Thermal energy storage system coupled with steam cracking system
US11913361B2 (en) 2020-11-30 2024-02-27 Rondo Energy, Inc. Energy storage system and alumina calcination applications
CN114593532A (zh) * 2020-12-03 2022-06-07 天津大学 一种高寒地区太阳能强化储热传热制肥反应器
WO2022198077A1 (en) * 2021-03-19 2022-09-22 247Solar Inc. Thermal storage and power generation systems and methods for electrical power source management
US11952920B2 (en) * 2021-07-08 2024-04-09 Guy James Daniel Energy recovery system and methods of use
EP4253893A1 (en) 2022-03-30 2023-10-04 Uros Ravljen A device for storage of photovoltaic energy and a method for storage of photovoltaic energy using the said device
WO2023202973A1 (en) * 2022-04-20 2023-10-26 Sabic Global Technologies B.V. Use of phase change materials to store energy for heating applications in chemical production processes

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH672368A5 (en) * 1987-08-20 1989-11-15 Rudolf Staempfli Solar thermal power plant with expansive heat engine - utilises pressure increase of working fluid in thermal storage heater transmitting energy between two closed circuits
US20050126170A1 (en) * 2003-12-10 2005-06-16 The Boeing Company Solar power system and method for power generation
US20080276616A1 (en) * 2008-07-14 2008-11-13 Flynn Brian J Thermal energy storage systems and methods
CN101876299A (zh) * 2010-05-24 2010-11-03 北京京仪仪器仪表研究总院有限公司 一种将太阳能热发电与生物质发电相结合的方法及系统
US20110083443A1 (en) * 2008-03-12 2011-04-14 Tobias Jockenhoevel Storage of electrical energy with thermal storage and return through a thermodynamic cycle
US20130081394A1 (en) * 2011-09-29 2013-04-04 Michael L. Perry Solar power system and method therefor

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7171812B2 (en) * 2004-03-15 2007-02-06 Powerstreams, Inc. Electric generation facility and method employing solar technology
WO2006072178A1 (en) * 2005-01-06 2006-07-13 New World Generation Inc. Thermal storage medium
KR20070105820A (ko) * 2006-04-27 2007-10-31 박종혁 태양광을 이용한 발전장치
ES2327991B1 (es) * 2006-08-04 2010-07-15 Abengoa Solar New Technologies, S.A. Planta de concentracion solar.
FR2927959A1 (fr) * 2008-02-27 2009-08-28 Sophia Antipolis En Dev Soc Pa Installation de generation d'energie electrique a partir d'energie solaire.
WO2010027360A2 (en) * 2008-09-04 2010-03-11 Etalim Inc. Multiple heat engine power generation system
WO2011025930A1 (en) * 2009-08-28 2011-03-03 Michael Newman Pressurized solar power system
EP2369288A1 (en) * 2010-03-11 2011-09-28 Siemens Aktiengesellschaft Energy transfer system comprising a phase change material
US9038387B2 (en) * 2011-08-31 2015-05-26 Brightsource Industries (Israel) Ltd Solar thermal electricity generating systems with thermal storage

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH672368A5 (en) * 1987-08-20 1989-11-15 Rudolf Staempfli Solar thermal power plant with expansive heat engine - utilises pressure increase of working fluid in thermal storage heater transmitting energy between two closed circuits
US20050126170A1 (en) * 2003-12-10 2005-06-16 The Boeing Company Solar power system and method for power generation
US20110083443A1 (en) * 2008-03-12 2011-04-14 Tobias Jockenhoevel Storage of electrical energy with thermal storage and return through a thermodynamic cycle
US20080276616A1 (en) * 2008-07-14 2008-11-13 Flynn Brian J Thermal energy storage systems and methods
CN101876299A (zh) * 2010-05-24 2010-11-03 北京京仪仪器仪表研究总院有限公司 一种将太阳能热发电与生物质发电相结合的方法及系统
US20130081394A1 (en) * 2011-09-29 2013-04-04 Michael L. Perry Solar power system and method therefor

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Publication number Publication date
US20140366536A1 (en) 2014-12-18
WO2013070572A1 (en) 2013-05-16
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