ES2536592B1 - Acumulador de calor de alta temperatura con calefacción por inducción y metal fundido y sistema de interconexión de acumuladores de calor - Google Patents

Acumulador de calor de alta temperatura con calefacción por inducción y metal fundido y sistema de interconexión de acumuladores de calor

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ES2536592B1 ES201331716A ES201331716A ES2536592B1 ES 2536592 B1 ES2536592 B1 ES 2536592B1 ES 201331716 A ES201331716 A ES 201331716A ES 201331716 A ES201331716 A ES 201331716A ES 2536592 B1 ES2536592 B1 ES 2536592B1
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Abstract

Se proponen un acumulador de calor de alta temperatura y un sistema de interconexión de acumuladores de calor. El acumulador de calor de alta temperatura según la invención tiene una temperatura de funcionamiento por encima de 700ºC. El acumulador de calor de alta temperatura 1 según la invención puede poner a disposición sin más vapor, sea vapor saturado o vapor sobrecalentado, con todos los parámetros necesarios para el funcionamiento de una central térmica convencional.

Description

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DESCRIPCION
Acumulador de calor de alta temperatura con calefaccion por induction y metal fundido y sistema de interconexion de acumuladores de calor.
La invention se refiere a un acumulador de calor de alta temperatura con calefaccion por induccion, un sistema de interconexion de acumuladores de calor y un procedimiento para el funcionamiento del acumulador de calor de alta temperatura y del sistema de interconexion de acumuladores de calor.
En relation con la invencion se usa el termino “acumulador” como sinonimo del termino “acumulador de calor”.
Cuando se acumula energla termica en forma de calor a alta temperatura se pierde exergla en la carga y la descarga del acumulador de calor.
Esta perdida de exergla se produce dado que el nivel de temperatura con el que se ha cargado el acumulador ya no se alcanza con la descarga del acumulador. La magnitud de este efecto depende de la tecnologla de acumulacion seleccionada, el medio (portador de calor) utilizado y el diseno de los intercambiadores de calor partlcipes.
En los acumuladores termicos utilizados y analizados hasta ahora para las centrales termicas solares, la carga del material acumulador se realiza por transferencia de calor de un medio portador de calor (por ejemplo, vapor o aire o aceite termico) al medio acumulador (por ejemplo, sal licuada u hormigon). En este caso, condicionado por las perdidas de la transferencia de calor, la temperatura del material acumulador es menor que la temperatura del medio portador de calor que emite el calor. Durante la descarga del acumulador este proceso se realiza en la direction opuesta. En este caso la temperatura baja otra vez por la transmision de calor. A consecuencia de ello se originan perdidas de exergla tanto en la carga como tambien en la descarga del acumulador
En las centrales termicas se usa desde hace decadas un ciclo de agua - vapor. En este caso el rendimiento del ciclo depende entre otros de los parametros del vapor (presion y temperatura) a la entrada de la turbina. Cuando as! debido a las perdidas de exergla en un acumulador de calor ya no se consiguen los parametros de vapor a la entrada de la turbina disminuye la potencia y el rendimiento de la turbina de vapor y por consiguiente tambien de la central.
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Las centrales termicas en la actualidad no solo queman combustibles fosiles, sino que con frecuencia el vapor se genera con la ayuda de la radiation solar. En este caso se usan entre otros colectores de reflector parabolico u otros colectores solares de concentration. Para conseguir los parametros de diseno del proceso de la turbina de vapor en una central solar termica tambien con baja radiacion solar, con frecuencia se instalan hornos suplementarios como generadores de vapor separados o como hornos de refuerzo con combustibles fosiles.
En el documento DE 21 00 485 A1 se describe un evaporador operado con metal llquido para reactores de flujo rapido. En este caso con la ayuda de sodio llquido se genera vapor saturado para un proceso de la turbina de vapor. La temperatura de fusion del sodio se encuentra en 98 °C. La temperatura de ebullition del sodio es de aproximadamente 880 °C. La temperatura de vapor en un reactor de flujo rapido se encuentra entre 345 °C y 545 °C. La temperatura de vapor antes de la turbina de vapor es de 487 °C, la presion de vapor se encuentra en 17,7 MPa (Datos Superphenix I, Francia). El evaporador esta realizado como intercambiador de calor de haz de tubos que en el lado primario admite un metal llquido y debido a la transmision de calor evapora y sobrecalienta el agua en el lado secundario. El suministro de agua para la licuefaccion del sodio tiene lugar en el reactor nuclear.
El documento DE 28 51 197 A1 describe la integration de un sobrecalentamiento intermedio en un transformador de vapor que se hace funcionar con metal llquido.
La invencion tiene el objetivo de proporcionar un acumulador de calor de alta temperatura que permita elevar, sin el uso de portadores de energla fosiles, el nivel de temperatura del vapor generado en la descarga del acumulador de nuevo al nivel de temperatura necesario para el funcionamiento de la central o incluso por encima.
Este objetivo se resuelve segun la invention con un acumulador de calor de alta temperatura que comprende un crisol, una calefaccion por induction y una tuberla para un portador de calor llquido y/o gaseoso (por ejemplo vapor de agua), estando lleno el crisol al menos parcialmente con un medio acumulador electricamente conductor, calentando la calefaccion por induccion el medio acumulador en el estado que recibe corriente y discurriendo la tuberla al menos parcialmente a traves del medio acumulador.
Este acumulador de calor de alta temperatura segun la invencion presenta muchos paralelismos a los hornos de induccion, segun se usan, por ejemplo, en fundiciones de aluminio. Por ello estan disponibles en el mercado muchos componentes, como por ejemplo, el
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crisol y la calefaccion por induction y estan a disposition experiencias de funcionamiento de decadas que se pueden usar para el acumulador de calor de alta temperatura segun la invention. Al contrario de en un horno de induccion el crisol no debe ser pivotable, dado que el medio acumulador situado en el crisol y presente en general en estado llquido no se debe cambiar. Ademas, a diferencia de los hornos de induccion convencionales esta presente una tuberla que discurre al menos parcialmente a traves del medio acumulador. Una peculiaridad del acumulador de calor de alta temperatura segun la invention debe verse en que el suministro de calor durante la carga se realiza de otra manera que la evacuation de calor durante la descarga.
Durante el funcionamiento normal, es decir, cuando el medio acumulador esta presente en estado llquido, entonces el medio acumulador se calienta con la calefaccion por induccion. Este proceso tambien tiene lugar en un horno de induccion en la fusion y calentamiento del metal situado en el crisol.
Ya que el contenido de exergla de la energla electrica usada para el calentamiento del medio acumulador es casi o igual a 1, no existen restricciones termodinamicas respecto a la temperatura de funcionamiento del acumulador de calor de alta temperatura segun la invention. Naturalmente se debe tener en cuenta que la temperatura del medio acumulador no es innecesariamente elevada y los componentes del acumulador de calor de alta temperatura, como en particular el crisol y la tuberla, no sufren danos por el sobrecalentamiento.
La descarga del acumulador de calor de alta temperatura segun la invention se realiza porque en la tuberla se conduce un portador de calor llquido o gaseoso. Este sera en general vapor que se introduce en el ciclo de agua - vapor de una central termica.
Dado que el medio acumulador se puede calentar con la calefaccion por induccion a una temperatura de, por ejemplo, 770 °C, es posible sin mas calentar el portador de calor (vapor de agua) que fluye en la tuberla de una temperatura de entrada de, por ejemplo, 450 °C a una temperatura de salida de 550 °C o 600 °C. Por consiguiente es posible generar vapor sobrecalentado que se le suministra luego directamente o despues de una mezcla con vapor saturado de temperatura mas baja a una turbina de vapor.
Ya que la carga del acumulador de alta temperatura segun la invention se realiza con energla electrica y el medio acumulador tolera temperaturas muy elevadas, el acumulador de calor de alta temperatura segun la invention tiene una temperatura de funcionamiento muy elevada.
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Puede ser claramente mayor que la temperatura del vapor a la entrada de la turbina. De este modo es posible llevar el vapor a la temperatura necesaria a la entrada de la turbina en la descarga del acumulador de calor de alta temperatura segun la invencion, de modo que sea posible un funcionamiento de la turbina con potencia optima y rendimiento optimo.
Ha resultado ser ventajoso con respecto a la seguridad y los costes que se use un metal fundido como medio acumulador.
El termino "metal fundido” se selecciona por lo tanto ya que durante el funcionamiento normal el medio acumulador esta presente en forma llquida. Como metal fundido son apropiados metales puros o aleaciones de metales cuyos puntos de fusion se encuentren aproximadamente en el rango de 500 °C o por encima de 600 °C.
Por ejemplo, es posible usar una aleacion de aluminio habitual en el mercado como metal fundido o medio acumulador. Aleaciones de aluminio semejantes tienen una temperatura de fusion por encima de 600 °C.
Los aluminios fundidos generados en las fundiciones en hornos de induction convencionales tienen temperaturas entre 680 °C y 780 °C. Si se usan cobre u otros metales o aleaciones de metales todavla se pueden alcanzar temperaturas mas elevadas. Segun el diseno, material de tuberla y gestion del proceso el vapor se puede calentar en este caso hasta aproximadamente 720 °C. Ya que los metales fundidos y el vapor de agua tienen propiedades de conductividad termica muy buenas y es relativamente grande la diferencia de temperatura entre el metal fundido y el vapor que fluye en la tuberla, la parte de la tuberla situada en el metal fundido es suficiente en muchos casos como intercambiador de calor. Esto es valido en particular luego si esta parte de la tuberla no esta conformada de forma recta, sino de tipo meandro.
Si la superficie transmisora de calor de la parte de la tuberla situada en el metal fundido no bastase, se puede integrar un intercambiador de calor, por ejemplo, un intercambiador de calor de haz de tubos, en la tuberla a fin de garantizar la transmision de calor del metal fundido al vapor que fluye en la tuberla.
Si el metal fundido es llquido entonces la transmision de calor entre el medio acumulador y la tuberla en la que fluye el portador de calor es especialmente buena, y por ello el portador de calor que fluye en la tuberla se puede calentar a casi la misma temperatura que el metal fundido.
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La posible constitution de una capa solida del metal fundido sobre la tuberla no supone un problema para el acumulador de calor de alta temperatura dado que estos metales fundidos tienen una conductividad termica muy buena.
Otra gran ventaja del acumulador de calor de alta temperatura segun la invention es que el acumulador tambien se puede poner fuera de servicio sin mas. En este caso el medio acumulador se solidifica tan pronto como ha quedado por debajo de la temperatura de fusion. Este no es un proceso crltico ya que el crisol y tambien la tuberla no sufren danos por ello. Si el acumulador de calor de alta temperatura segun la invencion se debe poner nuevamente en funcionamiento, entonces es posible sin mas con la ayuda de la calefaccion por induction que calienta de nuevo el metal fundido solidificado y lo lleva al estado llquido. Esto es una ventaja esencial de acumulador de calor de alta temperatura segun la invencion frente los acumuladores de calor de alta temperatura conocidos del estado de la tecnica que trabajan con sal fundida. Si una sal fundida semejante se solidifica una vez entonces es casi imposible licuar de nuevo esta sal fundida debido a la mala conductividad termica de la sal.
Por consiguiente el acumulador de calor de alta temperatura segun la invention tambien es muy sencillo, robusto y sin problemas desde el punto de vista de la gestion del funcionamiento. Esto es importante por tanto ya que un acumulador de calor de alta temperatura semejante se debe hacer funcionar durante varias decadas durante todo el dla.
El acumulador de calor de alta temperatura segun la invention tiene todavla otras ventajas con respecto al modo de conduction de una central termica en la que esta integrado un acumulador de calor de alta temperatura segun la invencion.
Por ejemplo, es posible usar la potencia de la calefaccion por induction como potencia de regulation para la estabilizacion de la red de interconexion. Si, por ejemplo, debido a la generation fluctuante de energlas regenerativas esta presente un exceso de energla electrica, entonces la calefaccion por induction se puede subir a muy corto plazo en su potencia. La corriente "excedente” se usa entonces para cargar el acumulador de calor de alta temperatura. Los costes de adquisicion para esta corriente "excedente” son muy bajos.
Ademas, naturalmente tambien es posible que en el caso de una breve escasez de energla electrica se desconecte igualmente muy a corto plazo la calefaccion por induction o se reduzca en la potencia, de modo que toda la corriente generada por la central se pueda inyectar en la
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red. Por esta corriente se pueden obtener precios claramente mayores, de modo que desde el punto de vista economico tambien es muy atractivo el uso del acumulador de calor de alta temperatura para proporcionar energla de regulation.
Si ahora el acumulador de calor de alta temperatura segun la invention es parte de una central termica solar, es decir se capta la radiation solar de dla con la ayuda de un campo de colectores, esta se puede usar para el calentamiento del acumulador de calor de alta temperatura.
De dla con la ayuda del campo de colectores se puede acoplar mucha energla solar en el circuito de agua - vapor de la central, de modo que la central no solo genere energla electrica que se inyecta en la red publica, sino que la energla electrica tambien se puede usar adicionalmente todavla para el calentamiento del acumulador de calor de alta temperatura segun la invencion. Al final de un dla, cuando la potencia del campo de colectores disminuye naturalmente y finalmente se situa en cero, el acumulador de calor de alta temperatura esta completamente cargado de modo que durante la noche tambien se puede generar vapor cuyos parametros (presion y temperatura) son tan elevados como de dla, de modo que la turbina de la central se puede hacer funcionar con la potencia optima y el rendimiento optimo. Por consiguiente esta a disposition una central termica solar de carga base. Esta capacidad de carga base se hace posible sin el uso de combustibles fosiles.
Con la ayuda de este acumulador de calor de alta temperatura segun la invencion, para una central termica solar tambien es posible de forma sencilla tener la capacidad de arranque autogeno, es decir, colaborar activamente en el caso de una calda de la red en el reestablecimiento de la tension de la red de alta tension junto con otras unidades de generation de corriente.
Tambien es posible cargar simultaneamente la calefaccion por induction y el acumulador de calor con la ayuda de la calefaccion por induccion y descargar simultaneamente mediante el portador de calor que fluye en la tuberla. De este modo se garantiza una flexibilidad muy elevada en el funcionamiento de la central. Esto no tiene sentido en general energeticamente. Sin embargo, de un modo de funcionamiento semejante se pueden producir ventajas economicas para el operador de la central. Ademas, se puede aumentar la estabilidad de red de la red de interconexion.
Se entiende por si mismo que el acumulador de calor de alta temperatura segun la invencion dispone de un aislamiento termico que se aplica en general como aislamiento exterior. Como
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material se puede usar en la construction de la central lana mineral o ceramica habituales resistentes al calor.
Para poder realizar la explotacion de la central termica solar durante todo el dla con rendimiento optimo, mlnimas perdidas del acumulador y bajos costes de inversion y explotacion se recomienda usar un sistema de interconexion de acumuladores de calor que comprende un primer acumulador de calor y un segundo acumulador de calor, descargandose el primer acumulador de calor por un portador de calor llquido o gaseoso, y fluyendo a continuation al menos un flujo parcial del portador de calor a traves del segundo acumulador de calor y calentandose en este caso aun mas.
Idealmente el segundo acumulador de calor se usa entonces para sobrecalentar aun mas el vapor de la turbina de vapor. Por consiguiente se acumula aproximadamente el 5 - 25% del calor acumulado total en el segundo acumulador, el otro 95 - 75% se acumula en el primer acumulador a un nivel de temperatura mas bajo.
El segundo acumulador de calor es un acumulador de calor de alta temperatura segun una de las reivindicaciones 1 a 8. Mediante este acoplamiento de dos acumuladores de calor con diferentes temperaturas de funcionamiento es posible minimizar las perdidas de exergla, ya que el calor esta a disposition con temperaturas suficientemente elevadas y, por otro lado, las temperaturas del calor acumulado no son innecesariamente elevadas. De este modo se minimizan ademas los costes de inversion y explotacion.
Evidentemente en el sistema de interconexion de acumuladores de calor segun la invencion no es necesario que el flujo masico total del portador de calor se lleve a traves del segundo acumulador de calor. Evidentemente tambien es posible conducir solo un flujo parcial del portador de calor a traves del segundo acumulador de calor de alta temperatura. Alll se sobrecalienta el portador de calor (en general vapor de agua). A continuacion el flujo parcial sobrecalentado se mezcla con el flujo restante del portador de calor en una estacion de inyeccion, y de este modo se ajusta la temperatura deseada del portador de calor. El flujo restante del portador de calor se calienta solo con la ayuda del calor acumulado en el primer acumulador de calor.
Naturalmente tambien es posible hacer funcionar varios acumuladores de calor de metal fundido conectados en paralelo o en serie.
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El uso de diferentes metales o aleaciones de metales en conexion en serie abre otras posibilidades de optimizacion operacionales.
Debido a esta posibilidad de llevar un flujo parcial del portador de calor a traves del segundo acumulador de calor tambien es posible, en caso de una averla del funcionamiento del segundo acumulador de calor, usar solo el primer intercambiador de calor y por consiguiente mantener el funcionamiento de la central, aunque tambien con rendimiento reducido y potencia disminuida.
El sistema de interconexion de acumuladores de calor segun la invention abre una multiplicidad de posibilidades de optimizacion en el funcionamiento de una central solar.
Como energla electrica para la carga del metal fundido se puede usar la corriente generada gracias al sol durante el funcionamiento de dla y/o tambien durante el funcionamiento de descarga. Entonces se puede prescindir, por ejemplo, durante el funcionamiento de dla en caso de gran necesidad de corriente del calentamiento del metal fundido, esto se puede realizar luego como corriente de uso propio en la descarga.
Si durante las noches se quisiera generar mas corriente de origen solar, se carga el metal fundido solo durante el funcionamiento de dla con calor generado de la corriente solar o se distribuye el calentamiento del metal fundido sobre el funcionamiento de dla y de noche.
Un modo de funcionamiento en el que el acumulador de calor de alta temperatura se carga simultaneamente con energla electrica y se descarga a traves del vapor en la tuberla puede ser razonable de dla si, por ejemplo, pasan unas nubes pero as! y todo tambien se quisiera tener por las noches el acumulador de calor de alta temperatura en un estado de carga correspondientemente elevado. Esto implica una flexibilizacion ulterior, es decir, de dla tambien se puede hacer funcionar la central solar cuando las nubes pasan y no se debe prescindir de la production de corriente plantificada para la noche o limitar esta de forma apreciable.
El uso de este procedimiento complementario le permite a una central solar el ofrecer potencias de apoyo para el operador de la red electrica. Por ejemplo, durante la carga del metal fundido se puede decidir a corto plazo a favor de la potencia de regulation secundaria o reserva de minutos, desconectar la calefaccion por induction o poner en funcionamiento en caso de necesidad.
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Tambien se puede usar la corriente excedente de otras fuentes regenerativas, como por ejemplo energia eolica, para el funcionamiento de la calefaccion por induction segun la invention.
Dado que la cantidad de calor para el calentamiento posterior del vapor durante la descarga a los parametros de vapor de diseno es muy baja en general en relation a las cantidades de calor necesarias en el precalentamiento y evaporation (en general aprox. 5% hasta como maximo 25%), y los metales fundidos poseen una capacidad de acumulacion de calor espedfica muy elevada, esta unidad complementaria tiene espacialmente dimensiones relativamente pequenas en relacion al primer acumulador de calor "principal”. De este modo permanecen relativamente bajos los costes de inversion.
Debido a los grandes gradientes de temperaturas entre el vapor a calentar aun mas y el metal fundido hay grandes margenes de maniobra operacionales respecto a la posible temperatura del metal mas baja. Si se usa, por ejemplo, aluminio como metal entonces, debido a la conductividad termica muy buena, todavia se puede usar incluso el calor que se desprende en la transition de fase de Kquido a solido con una temperatura estable de aprox. 660 °C.
Tampoco supone un problema una nueva fusion del aluminio solidificado por el horno de induccion. Esto es una gran ventaja, por ejemplo, frente a sales fundidas que tienen una transferencia de calor relativamente mala y despues de la solidification de gran volumen ya no se puede fundir con coste asumible.
Debido a la baja cantidad de calor necesaria para el aumento de temperatura en el sobrecalentamiento es suficiente llevar un flujo parcial del vapor a traves del metal fundido y calentarlo en lo que sea posible. Este flujo parcial caliente se mezcla luego con el flujo parcial mas frio, de modo que se ajusta entonces la temperatura de vapor deseada por la turbina de vapor de, por ejemplo, 540 °C. La mezcla de los flujos parciales se realiza de manera habitual por inyeccion del vapor caliente con la ayuda de una estacion de mezcla de vapor habitual en la tecnica para centrales.
En el acumulador de calor de alta temperatura segun la invencion y el sistema de interconexion de acumuladores de calor segun la invencion se usan basicamente componentes adquiribles en el mercado, que se adaptan correspondientemente para el proceso aqu descrito. En este caso, al contrario de los documentos de publication arriba mencionados, el suministro de energia (electricamente) y la fusion y licuacion del metal tiene lugar en el mismo componente,
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como el sobrecalentamiento del vapor. Por motivos economicos el sistema aqul propuesto solo se usa esencialmente para el sobrecalentamiento posterior del vapor, para la acumulacion de la gran cantidad de calor que se necesita para el precalentamiento del agua y la evaporation siguiente (conjuntamente aproximadamente el 75 - 95% de la cantidad de energla) se usa un sistema mas economico con un medio de acumulacion mas sencillo. Preferentemente es un acumulador de calor de alta temperatura segun se describe, por ejemplo, en la publication de PCT WO 2012/017041 A2 del 9 de febrero de 2012. Dado que en principio todos los acumuladores termicos presentan una perdida de temperatura entre la carga y descarga, este sistema complementario tambien se puede usar en todos los otros sistemas de acumulacion (por ejemplo, acumulador de sales) y sustituye pues a las calderas de gas o gasoleo usadas hoy para la compensation de la perdida de exergla.
Otras ventajas y configuraciones ventajosas de la invention se pueden deducir del dibujo siguiente, su description y las reivindicaciones.
Dibujo
Muestran:
Fig. 1 una representation esquematica de un acumulador de calor de alta temperatura segun la invencion,
Fig. 2 una representacion esquematica de un sistema de interconexion de acumuladores de calor segun la invencion,
Fig. 3 la carga de un sistema de interconexion de acumuladores de calor segun la invencion, y
Fig. 4 la descarga de un sistema de interconexion de acumuladores de carga segun la invencion del sistema de acumulacion de calor.
Descripcion de los ejemplos de realizacion
En la figura 1 esta fuertemente simplificado un ejemplo de realizacion de acumulador de calor de alta temperatura 1 segun la invencion y esta representado de forma esquematizada en section. Los componentes esenciales del acumulador de calor de alta temperatura 1 segun la invencion son un crisol 3, una calefaccion por induction 5, una tuberla 7, asl como un metal
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fundido 9 en el interior del crisol 3. El crisol 3 es un recipiente que es resistente a la temperatura, tambien cuando el metal fundido 9 es llquido y presenta, por ejemplo, temperaturas por encima de 700 °C. Para minimizar las perdidas de calor el crisol 3 tiene una tapa en su extremo superior (sin referencia).
El crisol 3 se circunda en sus paredes laterales por la calefaccion por induction 5. Tales calefacciones de induccion 5 se usan con frecuencia en hornos de induccion. Se compone esencialmente de una o varias bobinas 11, asl como paquetes de chapas 13.
Dado que tales crisoles 3 y calefacciones de induccion 5 se conocen de los hornos de induccion para fundiciones, el conocimiento de la estructura y funcionamiento pertenece al conocimiento del especialista. Por ello se prescinde de una description detallada de la tecnica en relacion con la invencion reclamada.
En el interior del crisol 3 se encuentra un metal fundido 9 que sirve como medio acumulador. Como medio acumulador se puede usar una aleacion de aluminio, una aleacion de cobre u otro metal fundido. A este respecto se recomienda naturalmente usar una aleacion economica y facilmente manipulable respecto a sus propiedades de uso. Tambien se debe tener en cuenta la estabilidad a largo tiempo de la aleacion ya que el acumulador de calor de alta temperatura segun la invention se hace funcionar durante muchos anos y el medio acumulador a ser posible no se debe cambiar.
Al crisol se lleva una tuberla 7. Una parte de la tuberla 7 se sumerge en el metal fundido 9. Esta parte de la tuberla 7 es por consiguiente un intercambiador de calor.
En la tuberla 7 fluye un portador de calor, por ejemplo, vapor de agua que absorbe el calor del metal fundido 9 al atravesar el intercambiador de calor 10 y por consiguiente alcanza una temperatura mas elevada.
Si se plantea, por ejemplo, que el vapor de agua entre con una temperatura de entrada Tein de 450 °C en la tuberla 7 y este vapor de agua fluya a traves del intercambiador de calor 10 y por consiguiente a traves del metal fundido 9 que tiene, por ejemplo, una temperatura de 770 °C, el vapor de agua se calienta en el intercambiador de calor 10 y sale de nuevo del acumulador de calor de alta temperatura 1 segun la invencion, por ejemplo, con una temperatura de salida Taus de 550 a 580 °C como vapor sobrecalentado. Naturalmente tambien se pueden obtener temperaturas de salida Taus mas elevadas si asl se desea.
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No obstante, es importante que los parametros del portador de calor en la salida del acumulador de calor de alta temperatura 1 segun la invention se correspondan con los parametros de vapor deseados en la entrada de la turbina o incluso se situen por encima de las temperaturas permitidas en la entrada de la turbina. Luego a saber se pueden ajustar los parametros de vapor deseados en la entrada de la turbina mediante mezcla con vapor saturado o vapor con temperatura mas baja o con la ayuda de una estacion de inyeccion habitual en la construccion de centrales.
En la figura 2 esta representado de forma esquematica un ejemplo de realization de un sistema de interconexion de acumuladores de calor segun la invencion.
El sistema de interconexion comprende un primer acumulador de calor 15 y un acumulador de calor de alta temperatura 1 segun la invencion que trabaja como segundo acumulador de calor.
El primer acumulador de calor de alta temperatura 15 puede ser un acumulador de calor de alta temperatura conocido del estado de la tecnica con un apilamiento de piedras u hormigon como medio acumulador. La carga de este primer acumulador de calor de alta temperatura 15 no esta indicada en la figura 2. Se realiza a traves de un portador de calor, como por ejemplo, aire, aceite termico o tambien vapor de agua del circuito de agua - vapor de una central termica (no representado). No obstante, en relation con la invencion es importante que si se usa, por ejemplo, vapor de agua con una temperatura de 550 °C para la carga del primer acumulador de calor de alta temperatura 15, en la descarga del primer acumulador de calor de alta temperatura 15 el portador de calor (vapor de agua) solo se puede calentar a una temperatura de aproximadamente 450 °C. La diferencia de temperatura de, por ejemplo, 550 °C - 450 °C = 100 °C se debe atribuir a los diferenciales de temperatura en la transmision de calor en la carga y descarga del primer acumulador de calor de alta temperatura 15.
La temperatura de salida del portador de calor esta designada en la figura 2 con Taus, 15. Ademas, se supone que como portador de calor se usa agua o vapor de agua. Con una temperatura de salida Taus, 15 de 450 °C y una presion correspondientemente elevada, el portador de calor esta presente, por ejemplo, como vapor ligeramente sobrecalentado.
La tuberla 7 del acumulador de calor de alta temperatura 1 segun la invencion se separa de una tuberla de vapor principal 17. En la tuberla 7 esta instalada una primera valvula reguladora 19 instalada con cuya ayuda se puede controlar el flujo masico del portador de calor a traves de
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la tuberla 7.
En la tuberla de vapor principal 17, aguas abajo de la ramification de la tuberla 7 esta montada una segunda valvula reguladora 21 con cuya ayuda se puede controlar el flujo masico del portador de calor a traves de la tuberla de vapor principal 17.
Si ahora, segun se ha mencionado, el vapor ligeramente sobrecalentado con una temperatura Taus, 15 de, por ejemplo, 450 °C sale del primer acumulador de calor de alta temperatura 15 y un flujo parcial se lleva a traves de la tuberla 7, entonces este flujo parcial se calienta en el segundo acumulador de calor de alta temperatura 1 a una temperatura Taus, 1 de, por ejemplo, 630 °C. Si la temperatura Taus, 1 se situa por encima de la temperatura de vapor permitida o deseada en la entrada de la turbina, entonces en una estacion de mezcla 23 se mezcla el valor sobrecalentado en el primer acumulador de calor de alta temperatura 1 con el flujo restante, que fluye en la tuberla de vapor principal 17, del vapor ligeramente sobrecalentado, de modo que aguas abajo de la estacion de mezcla 23 se forma vapor vivo con los parametros deseados (presion y temperatura) de, por ejemplo, 580 °C. Para el tratamiento del vapor vivo se necesita eventualmente todavla la inyeccion de agua a traves de una estacion de inyeccion.
Este vapor vivo se le puede suministrar luego directamente a una turbina (no representada) y usar para el control de la corriente. Despues de que el vapor se ha expandido en la turbina no representada, se condensa en un condensador igualmente no representado y fluye con temperatura mas baja en una llnea de condensado 25 al primer acumulador de calor de alta temperatura 15.
En la llnea de condensado 25 esta prevista una tercera valvula reguladora 27 para el condensado. Por consiguiente es posible controlar el flujo masico del condensado o del vapor de agua en las llneas 25, 17 y 7 conforme a los requisitos de la explotacion de la central mediante la excitation apropiada de las valvulas reguladores 19, 21 y 27.
Durante el proceso de carga las valvulas 19, 21 y 27 estan cerradas y no fluye vapor a traves del acumulador de calor 1. Con la ayuda de la calefaccion por induccion 5 se funde el medio acumulador situado en el crisol 3 y se lleva a la temperatura deseada (por ejemplo 700 °C). Este proceso se puede regular de modo que la fusion o mantenimiento de la temperatura deseada se realice en un instante que este a disposition corriente excedente en la red electrica e hiciera necesaria la desconexion de las instalaciones de generation.
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En la figura 2 se describe el funcionamiento de descarga tanto del primer acumulador de calor de alta temperatura 15 como tambien del segundo acumulador de calor de alta temperatura 1.
Si ahora, por ejemplo, en una central termica solar esta a disposition de dla suficiente radiation solar, entonces el primer acumulador de calor de alta temperatura 15 se carga con calor sensible, por ejemplo, en forma de aire o vapor de agua calientes. Este calor sensible se proporciona por los colectores solares de la central.
Simultaneamente o o de forma temporalmente distanciada se calienta el segundo acumulador de calor de alta temperatura 1 con la ayuda de la calefaccion por induction 5. La energla electrica necesaria para ello se puede proporcionar directamente por el generador de la central termica solar. Tambien es posible calentar la calefaccion por induccion 5 con energla electrica que esta disponible economicamente en el mercado al contado. De este modo se puede comprar de forma economica, por ejemplo, la corriente excedente de la generation de energla eolica y esta energla se puede acumular temporalmente en el acumulador de calor de alta temperatura 1 segun la invention.
En las figuras 3 y 4 esta representado de forma mas detallada otro ejemplo de realization de un sistema de interconexion de acumuladores de calor segun la invencion. En este caso el primer acumulador de calor de alta temperatura 15 se basa en el sistema descrito en el documento WO 2012/017041 A2. Por ello se hace referencia expresamente al documento WO 2012/017041 A2 y remite a los detalles descritos all! adicionalmente y particularidades constructivas, as! como la gestion del funcionamiento.
El segundo acumulador de calor de alta temperatura 1 as! como la periferia con la llnea de vapor principal 17, la tuberla 7 y la llnea de condensado 25 son identicos en las figuras 3 y 4 al ejemplo de realizacion segun la figura 2, de modo que referente a esto se remite a la description de la figura 2.
El primer acumulador de calor de alta temperatura 15 comprende el acumulador de calor 29 verdadero que esta lleno con un medio acumulador, como por ejemplo, balasto o gravilla. El acumulador de calor 29 se carga por aire calentado. Este aire se aspira por un ventilador del entorno con las condiciones ambientales y se lleva a traves de un intercambiador de calor aire - aire 31. En el intercambiador de calor aire - aire 31 se precalienta el aire aspirado del entorno, y a saber con el aire que fluye fuera del acumulador de calor 29. De este modo tiene lugar una recuperation de calor lo que aumenta el rendimiento del primer acumulador de calor
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de alta temperatura 15.
A continuation el aire precalentado atraviesa un intercambiador de calor de carga 33. Este intercambiador de calor de carga 33 esta conectado con un campo de colectores solares a traves de tuberlas. Debido a ello el intercambiador de calor de carga 33 se alimenta con aceite termico o vapor calentados del campo de colectores solares. El aceite termico se lleva a contracorriente respecto al aire precalentado y en este caso entrega calor al aire precalentado. El aceite termico se reconduce a continuation de nuevo a un campo de colectores solares y all! se calienta y evapora de nuevo.
En la salida del intercambiador de calor de carga 33 el aire tiene, por ejemplo, una temperatura de, por ejemplo, 530 °C. Este aire muy caliente fluye luego en el acumulador de calor 29 y calienta el medio acumulador all! presente al menos parcialmente a por encima de 500 °C. En la salida del acumulador de calor 29 el aire todavla tiene una temperatura que es claramente mayor que la temperatura ambiente, de modo que puede emitir calor en el intercambiador de calor aire - aire 31 al aire ambiente aspirado y este se precalienta por ello de la manera ya descrita.
Respecto al proceso de carga se puede fijar asl que la carga del acumulador de calor 29 se puede realizar con la ayuda de aceite termico o vapor generados gracias al sol y en este caso se pueden conseguir al menos localmente temperaturas en el acumulador de calor 29 por encima de 500 °C. El intercambiador de calor de descarga 35 representado igualmente en la figura 3 esta desactivado en el proceso de carga, es decir, no se atraviesa por aire.
Los recorridos del flujo de aire estan indicados por flechas (sin referencias). Los recorridos del flujo se desprenden de las posiciones de las diferentes valvulas (sin referencias) en las llneas de aire del primer acumulador de calor de alta temperatura 15 segun la invention.
En la figura 4 esta representado ahora el proceso de descarga. Segun se deduce de la comparacion con la figura 3 el aire se gestiona al contrario que en la carga.
Tambien en la descarga se aspira aire ambiente a traves de un ventilador 30, se precalienta en el intercambiador de calor aire - aire 31 y se lleva a traves del acumulador de calor 29. En el acumulador de calor 29 el aire se calienta y sale del acumulador de calor 29, por ejemplo, con una temperatura algo por debajo de 500 °C. Este aire caliente se le suministra ahora al intercambiador de calor de descarga 35 y en el intercambiador de calor de descarga 35 le
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entrega calor al condensado que viene de la central. En este caso el condensado se evapora (y sobrecaliente parcialmente). Debido a ello de la lmea de vapor principal 17 sale, por ejemplo, vapor saturado con una temperatura de 450 °C. Este vapor saturado se lleva ahora completamente o parcialmente a traves del segundo acumulador de calor de alta temperatura 1, de modo que el vapor sobrecalentado despues de la estacion de mezcla 23 esta a disposition con los parametros de vapor deseados. El proceso de descarga ya se ha descrito en relation con la figura 2.
Las valvulas reguladoras 21 y 27 estan abiertas en la descarga del sistema de interconexion de acumuladores de calor de alta temperatura segun la invention. A traves de la valvula reguladora 27 fluye agua de alimentacion al intercambiador de calor de descarga 35 del primer acumulador de calor 15 y se evapora. Una parte del vapor generado se le suministra al acumulador de calor de alta temperatura 1 segun la invencion a traves de la valvula reguladora 19 y se lleva a traves de la tuberia 7 y el intercambiador de calor 10 a traves del metal fundido. En este caso el vapor se calienta aun mas. Al mismo tiempo el bano de metal fundido se enfria.
Si la temperatura del bano de metal fundido es suficientemente elevada para sobrecalentar el vapor que pasa en la medida requerida, no es necesario conectar la calefaccion por induccion 5 de modo que durante la descarga no se consume corriente en el acumulador de calor de alta temperatura 1.
De las descripciones de las figuras 2 a 4 se clarifica que el sistema de interconexion de acumuladores de calor segun la invencion tiene propiedades de funcionamiento muy favorables, dado que la mayor parte del calor se suministra en el acumulador de calor de solidos 29 construido de forma relativamente sencilla, cuyas temperaturas no son suficientes para hacer funcionar una turbina de vapor con el rendimiento optimo.
Esta “debilidad” del primer acumulador de calor de alta temperatura 15 se compensa por el segundo acumulador de calor de alta temperatura 1 segun la invencion. Ya que el segundo acumulador de calor de alta temperatura 1 segun al invencion puede tener una temperatura de funcionamiento de claramente por encima de 700 °C, no es un problema conseguir las temperaturas del vapor vivo requeridas a la entrada de la turbina. En relacion con la invencion reclamada es importante que la carga del segundo acumulador de calor de alta temperatura 1 se pueda realizar con energia electrica que se genera in situ en la central. Alternativamente tambien es posible comprar energia electrica economica, por ejemplo, en el mercado al contado, acumularla temporalmente en forma de calor sensible en el acumulador de calor de
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alta temperatura 1 y generar de nuevo energla electrica durante las noches con esta energla termica acumulada temporalmente.
El proceso de descarga se puede hacer funcionar entretanto hasta que el acumulador 1 esta descargado por lo que ya no se puede generar vapor con temperatura suficiente en caso de presion de funcionamiento ajustada o se ha descendido la temperatura de fusion por lo que ya no es suficiente el sobrecalentamiento del vapor. Si la temperatura del metal fundido no basta para conseguir un sobrecalentamiento suficientemente elevado del vapor, entonces la bobina de induccion se puede conectar para calentar de nuevo el metal fundido.
La carga del horno de induccion (calentamiento del metal fundido) y la descarga del acumulador (sobrecalentamiento del flujo masico de vapor) pueden tener lugar simultaneamente y en paralelo. Para ello es determinante la estrategia de la adquisicion de corriente para la bobina de induccion. En caso de carga y descarga simultanea la necesidad de corriente se puede ver como necesidad propia y disminuye la generacion de corriente neta que se puede inyectar en la red y se bonifica. En caso de desfase temporal entre carga y descarga la corriente excedente economica se puede recibir desde la red para el calentamiento.
Mediante el sistema de interconexion de acumuladores de calor segun la invencion tambien es posible hacer una central termica solar de carga base sin el uso de combustibles fosiles, en tanto que de dla los acumuladores de calor de alta temperatura 15 y 1 se cargan con la energla solar y durante las noches la central se hace funcionar con la energla acumulada en los acumuladores de calor 15 y 1.
El sistema de interconexion de acumuladores de calor de alta temperatura segun la invencion se compone exclusivamente de componentes que estan construidos de forma sencilla, as! como materiales y medios acumuladores no crlticos. Tambien el funcionamiento es muy economico y se puede realizar de forma fiable.

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    REIVINDICACIONES
    1. - Acumulador de calor de alta temperatura (1) que comprende un crisol (3), una calefaccion por induccion (5) y una tuberia (7) para un portador de calor Kquido y/o gaseoso, en el que el crisol (3) esta lleno al menos parcialmente con un medio acumulador (9) conductor electrico, en el que la calefaccion por induccion (5) calienta el medio acumulador (9) en el estado que recibe corriente y en el que la tuberia (7) discurre al menos parcialmente a traves del medio acumulador (9).
  2. 2. - Acumulador de calor de alta temperatura (1) segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el medio acumulador (9) es un metal fundido.
  3. 3. - Acumulador de calor de alta temperatura (1) segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado porque el medio acumulador (9) tiene una temperatura de fusion de mas de 500 °C, preferiblemente de mas de 600 °C.
  4. 4. - Acumulador de calor de alta temperatura (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el medio acumulador (9) es liquido a una temperatura de 700 °C.
  5. 5. - Acumulador de calor de alta temperatura (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la carga del acumulador de calor de alta temperatura (1) mediante la calefaccion por induccion (5) y la descarga del acumulador de calor de alta temperatura (1) mediante el portador de calor que fluye en la tuberia (7) se realizan de forma temporalmente distanciada o simultanea.
  6. 6. - Acumulador de calor de alta temperatura (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque presenta un aislamiento termico.
  7. 7. - Acumulador de calor de alta temperatura (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en la tuberia (7) esta integrado un intercambiador de calor (10), y porque el intercambiador de calor (10) transfiere calor del medio acumulador (9) al vapor que fluye en la tuberia (7).
  8. 8. - Acumulador de calor de alta temperatura (1) segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque es un horno de fusion por induccion modificado.
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  9. 9. - Sistema de interconexion de acumuladores de calor que comprende un primer acumulador de calor (15) y un segundo acumulador de calor (1), en el que el primer acumulador de calor (15) se carga y/o descarga mediante un portador de calor llquido o gaseoso, y en el que a continuation al menos un flujo parcial del portador de calor fluye a traves del segundo acumulador de calor (1) y de este modo se calienta aun mas.
  10. 10. - Sistema de interconexion de acumuladores de calor segun la reivindicacion 9, caracterizado porque el segundo acumulador de calor (1) es un acumulador de calor de alta temperatura segun una de las reivindicaciones 1 a 8.
  11. 11. - Sistema de interconexion de acumuladores de calor segun la reivindicacion 9 o 10, caracterizado porque al segundo acumulador de calor (1) se le suministra un flujo parcial del portador de calor a traves de valvulas (19, 21) controlables y se sobrecalienta.
  12. 12. - Sistema de interconexion de acumuladores de calor segun una de las reivindicaciones 9 a
    11, caracterizado porque el flujo parcial sobrecalentado del portador de calor se mezcla en una estacion de mezclado (23) con el flujo restante del portador de calor.
  13. 13. - Sistema de interconexion de acumuladores de calor segun una de las reivindicaciones 9 a
    12, caracterizado porque el primer acumulador de calor (15) tiene una temperatura de funcionamiento mas baja que el segundo acumulador de calor (1).
  14. 14. - Procedimiento para el funcionamiento de un sistema de interconexion de acumuladores de calor segun una de las reivindicaciones 9 a 13, caracterizado porque el primer acumulador de calor (15) se carga y/o descarga mediante un portador de calor llquido y/o gaseoso, porque el segundo acumulador de calor (1) se carga mediante energla electrica, y porque el segundo acumulador de calor (1) se descarga mediante un portador de calor llquido o gaseoso.
  15. 15. - Procedimiento segun la reivindicacion 14, caracterizado porque para la carga del segundo acumulador de calor (1) se carga energla electrica generada de forma regenerativa y/o energla electrica negociada en el mercado al contado.
  16. 16. - Procedimiento segun la reivindicacion 14 o 15, caracterizado porque la potencia de la calefaccion por induction (5) del segundo acumulador de calor (1) se aumenta o disminuye para poner a disposition la energla de regulation para la red de interconexion.
  17. 17. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque se
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    disponen varios segundos acumuladores de calor (1) en serie y/o en paralelo.
  18. 18. - Procedimiento segun la reivindicacion 17, caracterizado porque las temperaturas de funcionamiento de los segundos acumuladores de calor (1) son diferentes unas de otras.
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  19. 19. - Procedimiento segun la reivindicacion 17 o 18, caracterizado porque los segundos acumuladores de calor (1) presentan diferentes metales fundidos.
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