ES2684019T3 - Parque solar para una central de energía solar de concentración lineal - Google Patents

Abstract

Parque solar para una central de energía solar (1) de concentración lineal, con un acumulador de gas comprimido (19), un depósito de vaciado (21), sales fundidas, y un sistema de tuberías que comprende al menos una tubería (9) con un colector (7), un distribuidor (5) y captadores (29), donde la tubería (9) en un extremo está conectada al colector (7) y en un segundo extremo está conectada al distribuidor (5), donde el colector (7) y el distribuidor (5) están dispuestos a una altura geodésica diferente y al encontrarse situado arriba el colector (7) al colector puede suministrarse gas comprimido, y el distribuidor (5) está conectado al el depósito de vaciado (21) y al encontrarse situado arriba el distribuidor (5) al distribuidor (5) puede suministrarse gas comprimido, y el colector (7) está conectado al depósito de vaciado (21), donde el depósito de vaciado (21) se sitúa a mayor profundidad que el colector (7) y el distribuidor (5), donde el suministro de gas comprimido tiene lugar desde el acumulador de gas comprimido (19), el cual está conectado al colector (7), o bien al distribuidor (5), donde el depósito de vaciado (21) está conectado al sistema de tuberías (3) mediante un tubo de inmersión (33) que se eleva dentro del depósito de vaciado (21), donde entre el sistema de tuberías (3) y el depósito de vaciado (21) está realizado un sifón (41) en el tubo de inmersión (33) y el tubo de inmersión (33) puede calentarse, donde el sifón (41), durante el funcionamiento del sistema de tuberías (3), está cerrado por material solidificado (43).

Description

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DESCRIPCIÓN

Parque solar para una central de energía solar de concentración lineal

La invención hace referencia a un parque solar con un sistema de tuberías que comprende al menos dos bucles de tubería que en un extremo están conectados a un colector y en un segundo extremo están conectados a un distribuidor.

Los sistemas de tuberías que comprenden al menos dos bucles de tubería, los cuales en un extremo están conectados a un colector y en un segundo extremo están conectados a un distribuidor, se utilizan por ejemplo en centrales de energía solar de concentración lineal, en particular en centrales de energía solar del tipo Fresnel y en centrales de energía solar cilíndrico - parabólicas. En ese caso, los bucles de tubería son atravesados por un líquido de transferencia térmica adecuado para las temperaturas que se presentan en una central de energía solar. Líquidos de transferencia térmica adecuados son por ejemplo las sales fundidas.

En una central de energía solar de concentración lineal, la totalidad del sistema de tuberías está realizado en general en forma de redes que se utilizan para recolectar energía solar. Para ello, la energía de radiación del sol se concentra mediante reflectores parabólicos o reflectores de Fresnel en receptores. La combinación de reflectores y receptores se denomina captador. Una serie de captadores está conectada en serie con respecto a los así llamados bucles solares. Para elllo, los receptores están conectados respectivamente al sistema de tuberías, o bien representan una parte del sistema de tuberías. El sistema de tuberías es atravesado por el líquido de transferencia térmica, al cual se transmite la energía de radiación recolectada por los receptores.

Actualmente, como líquido de transferencia térmica se utiliza en particular una mezcla de bifenilo/éter de difenilo, la cual sin embargo se encuentra limitada en su temperatura máxima de funcionamiento a través de su temperatura de descomposición de aproximadamente 400°C. Para obtener temperaturas de funcionamiento más elevadas que posibiliten un mayor grado de efectividad, se requieren otros líquidos de transferencia térmica. Para ello se utilizan en particular sales fundidas, por ejemplo la así llamada sal solar, una mezcla de nitrato de sodio y nitrato de potasio en una relación de 60:40.

Sin embargo, la desventaja de las sales fundidas es que éstas tienen un punto de fusión elevado. Una mezcla de nitrato de sodio/nitrato de potasio se funde por ejemplo en el eutéctico, es decir, en una relación de la mezcla de 44:56 en el caso de una temperatura de 218°C. En redes de tuberías extensas, como las que se encuentran presentes en las centrales de energía solar, las sales fundidas con puntos de fusión elevados no pueden utilizarse fácilmente de forma segura. El enfriamiento de las sales fundidas en los sistemas de tuberías puede causar grandes perjuicios económicos. Una causa de los perjuicios es por ejemplo la fuerte expansión del volumen de las sales durante la fusión. Existe el riesgo de que válvulas de bloqueo y tuberías sean presionadas y resulten muy dañadas.

Cuando la sal fundida se enfría, lo cual en principio puede tener lugar por fuera de los períodos de funcionamiento de la central de energía solar, es decir fuera de los momentos de radiación del sol en el caso de una ausencia de radiación solar condicionada por el clima, se produce una concentración de volumen que, en función del sistema de tuberías y del estado de funcionamiento, puede conducir a un estado de solidificación diferente. Se espera que en general se produzcan burbujas evacuadas en la tubería, las cuales convergen formando unidades de mayor o de menor tamaño. En el caso de una nueva fusión, a través de una distancia eventualmente espacialmente elevada entre los puntos de fusión con una expansión del volumen y las áreas evacuadas, puede no tener lugar una compensación suficiente del volumen para reducir presiones que se presentan.

Para impedir un enfriamiento de las sales fundidas en el sistema de tuberías es usual vaciar el sistema de tuberías en el caso de períodos de detención más prolongados. En los sistemas de tuberías actuales con un depósito de reserva para las sales fundidas, sin embargo, el vaciado implica un tiempo prolongado y no puede garantizarse con seguridad en particular en el caso de fallos a corto plazo, por ejemplo en el caso de un corte de corriente, puesto que en particular en esos casos pueden producirse daños en las tuberías.

Actualmente, para el vaciado se proporciona un depósito de vaciado que se encuentra instalado en una cavidad y al salir el líquido de transferencia térmica puede alojarse en una bandeja del depósito. Los bucles solares individuales que se forman desde el sistema de tuberías, presentan una leve pendiente de aproximadamente 0,3 %, de modo que el líquido contenido en las tuberías en el caso de un vaciado, debido a la pendiente, es impulsado hacia el depósito de vaciado. Debido a una eficiencia óptica mejorada de los captadores, sin embargo, se aspira a trabajar mayormente sin pendientes.

En las centrales de energía solar conocidas con sales fundidas como portadores térmicos con sólo un depósito de vaciado, la pendiente reducida que se utiliza usualmente no es adecuada para vaciar de forma lo suficientemente rápida y completa en particular sistemas de tuberías con tuberías largas como las que se utilizan en las centrales de energía solar, las cuales pueden presentar una longitud total de la tubería de más de 100 km. Se utilizan además

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válvulas y grifos que no disponen de una posición segura. De este modo, en el caso de un corte de energía, las válvulas no pueden conducir el bucle solar por ejemplo a un estado vaciado, seguro. En ese caso debe contarse con el enfriamiento de la sal utilizada como líquido de transferencia térmica. La solución de respaldar el suministro de energía eléctrica a través de una alimentación sustituta no es lo suficientemente segura frente a todas las fallas de funcionamiento en la central. Por último, en el caso de un vaciado en un depósito de vaciado central se producen recorridos de salida y tiempos de salida prolongados, con el riesgo de que la sal de transferencia térmica se enfríe durante la salida. Además, una falla en un bucle solar puede conducir a la puesta fuera de servicio de todos los otros bucles solares.

Actualmente, para reducir al mínimo los problemas que se presentan en las tuberías debido a las sales fundidas se utiliza en general sal con un punto de fusión más reducido. No obstante, las sales fundidas de esa clase presentan desventajas considerables. Sales de transferencia térmica conocidas con temperatura de fusión más reducida son por ejemplo mezclas de nitratos y nitritos del sodio y del potasio, así como de nitrato de potasio, nitrato de sodio y nitrato de calcio.

Las mezclas de esa clase, sin embargo, poseen una estabilidad térmica más reducida que la sal solar utilizada usualmente, de nitrato de potasio y nitrato de sodio, debido a lo cual el área de utilización se limita a una temperatura de menos de 5002C. Esto tiene como consecuencia el hecho de que debe considerarse un grado de efectividad más reducido de la central generadora. Además, las sales deben mantenerse en sistemas cerrados, lo cual en el área del parque solar conduce a una inversión adicional, ya que en el parque solar deben colocarse sistemas de inertización. La inertización es necesaria, porque por una parte en el caso de sales que contienen nitrito el oxígeno atmosférico puede oxidarse produciendo nitrato y el punto de referencia de la sal puede aumentar de forma no controlada, y donde en el caso de sistemas que contienen calcio el dióxido de carbono reacciona con iones de calcio produciendo carbonato de calcio insoluble.

Otras sales alternativas contienen en un alcance considerable elementos costosos y poco disponibles que limitan la utilización rentable en sistemas con cantidades de utilización reducidas. Son componentes costosos de esas sales por ejemplo el litio, el rubidio y el cesio.

Los sistemas de transferencia térmica distintos de la utilización de sales poseen en general una presión de vapor elevada u originan una inversión considerable con respecto a la protección frente a la corrosión, de sistemas de tuberías largos.

Por la industria química se conocen sistemas para el calentamiento de reactores de baño salino, en los cuales en el punto situado a mayor profundidad se encuentra presente un depósito de vaciado que está recubierto con nitrógeno. En el sistema todos los aparatos de ajuste se encuentran en una posición segura, de modo que en el caso de un estado de funcionamiento no deseado de la sal de transferencia térmica fundida, en general una mezcla esencialmente de nitrito de amonio y de nitrato de potasio circula hacia el depósito de vaciado. Para ello, todas las tuberías están dispuestas en pendiente hacia el depósito de vaciado. Las tuberías poseen un diámetro tan grande que las líneas funcionan en vacío, aun cuando no se proporcionen otras ventilaciones. Las áreas que no dependen de la salida, por ejemplo por encima de aparatos de ajuste y líneas descendentes, poseen líneas de vaciado propias, mediante las cuales puede realizarse un vaciado también en el caso de un bloqueo de la válvula. La sal de transferencia térmica fundida es transportada desde los depósitos de vaciado, con la ayuda de bombas de inmersión, hacia las instalaciones químicas.

Dichas soluciones típicas de reactores de baño salino no pueden aplicarse sin embargo por completo en un parque solar y no son suficientes, debido a su amplia extensión. De este modo, por ejemplo es inadecuado utilizar sólo un depósito de vaciado para una central solar de gran tamaño, ya que el proceso de vaciado duraría demasiado como para impedir un enfriamiento de forma segura. Además debe limitarse el alcance de los efectos de fallos en el sistema de tuberías, por ejemplo el funcionamiento incorrecto de válvulas. Además, los reactores de baño salino funcionan usualmente de forma continua, es decir que después de la puesta en funcionamiento del reactor la instalación marcha de forma continua hasta la siguiente revisión. Hasta ese momento la instalación se encuentra permanentemente caliente y todas las partes de la instalación están bajo flujo. De ese modo se intenta evitar que se produzcan atascamientos a través del enfriamiento de la sal - los cuales - si es que esto se logra - sólo pueden eliminarse de forma muy costosa. Sin embargo, las centrales de energía solar están sometidas a un ciclo constante de estados de funcionamiento que cambian de forma constante. De este modo, por ejemplo el parque solar por las noches no es abastecido de energía de radiación. Un funcionamiento continuo en caliente sobre todas las partes de la instalación conduciría a pérdidas de radiación demasiado elevadas en el parque solar. Para evitar las pérdidas elevadas de radiación, por lo tanto, es conveniente operar una central de energía solar de forma discontinua, para mantener reducidas en particular las pérdidas de energía nocturnas.

Además, los reactores de baño salino y los sistemas de tuberías en centrales de energía solar se diferencian en su tamaño. De este modo, los reactores de baño salino poseen usualmente longitudes de las tuberías de como máximo algunos cientos de metros, mientras que la longitud de las tuberías en las centrales de energía solar puede superar

los 100 kilómetros. Esto conduce también a una cantidad de sal correspondientemente elevada en el sistema. Solamente debido a su tamaño, por tanto, esos sistemas de tuberías no pueden operarse en centrales de energía solar de forma análoga a sistemas de tuberías por ejemplo en reactores de baño salino.

Una central de energía solar que comprende un parque solar con tuberías para transportar sales fundidas se conoce 5 ya por la solicitud WO 2012/156472.

Por tanto, el objeto de la invención consiste en proporcionar un parque solar con un sistema de tuberías con al menos dos bucles de tubería, el cual pueda utilizarse en centrales de energía solar y posibilite un vaciado seguro en momentos de detención.

Dicho objeto se soluciona a través de un parque solar según la reivindicación 1, con un sistema de tuberías, el cual 10 comprende al menos una tubería que en un extremo está conectada a un colector y en un segundo extremo está conectada a un distribuidor, donde el colector y el distribuidor están dispuestos a una altura geodésica diferente y, al encontrarse situado arriba el colector, al colector puede suministrarse gas comprimido, y el distribuidor está conectado al depósito de vaciado y al encontrarse situado arriba el distribuidor, al distribuidor puede suministrarse gas comprimido, y el colector está conectado a un depósito de vaciado, donde el depósito de vaciado está situado a 15 mayor profundidad que el colector y el distribuidor.

Cuando una instalación comprende una pluralidad de tuberías y bucles de tubería, por ejemplo un parque solar de una central de energía solar, tiene lugar una división de la totalidad de las tuberías en varios sistemas de tuberías independientes unos de otros, los cuales respectivamente comprenden al menos una tubería que en un extremo está conectada a un colector y en un segundo extremo está conectada a un distribuidor. A través de esa división de 20 la totalidad de las tuberías de la instalación, por ejemplo en el parque solar de una central de energía solar, es posible vaciar un sistema de tuberías, mientras que otros sistemas de tuberías se encuentran en funcionamiento sin resultar afectados. Se considera preferente que la tubería, la cual en un extremo está conectada a un colector y en un segundo extremo está conectada a un distribuidor, esté realizada como bucle de tubería, de modo que colectores y distribuidores están dispuestos unos sobre otros. De acuerdo con la invención, a cada uno de esos sistemas se 25 encuentra asociado al menos un depósito de vaciado, el cual puede ser drenado. El depósito de vaciado y sus sistemas de tuberías correspondientes pueden instalarse a alturas geodésicas diferentes. Debido a ello, independientemente de la topografía predeterminada del terreno pueden evitarse o reducirse al mínimo nivelaciones del terreno costosas. Las diferencias en las alturas geodésicas de los depósitos de vaciado se limitan a través de la presión admisible de bombeado con la que se suministra al distribuidor principal. Una subdivisión del proceso de 30 bombeado en varias etapas aumenta las diferencias de altura geodésicas admisibles de los respectivos sistemas de tuberías.

A través de la disposición de colectores y distribuidores a diferentes alturas geodésicas el líquido contenido en el sistema de tuberías, en el caso de un vaciado necesario, circula desde el distribuidor o colector situado arriba, a través de las tuberías, hacia el colector o distribuidor situado abajo, y desde allí hacia el depósito de vaciado.

35 Dicho proceso puede respaldarse a través del suministro de gas comprimido. Con el gas comprimido el líquido es presionado desde el sistema de tuberías hacia el depósito de vaciado. El líquido sale tan rápido como cuando es impulsado sólo a través de la gravitación. Además, el suministro de gas comprimido posibilita también que las tuberías del sistema de tuberías puedan extenderse casi de forma horizontal. Otra ventaja de suministrar un gas comprimido reside en el hecho de que la longitud de las tuberías, así como de los bucles de tubería, puede 40 seleccionarse de un mayor tamaño, sin poner en riesgo la capacidad de vaciado del sistema de tuberías.

En una forma de ejecución de la invención, el colector y el distribuidor están realizados respectivamente en forma de una tubería, y las tuberías se bifurcan respectivamente con un extremo desde el colector y con el otro extremo desde el distribuidor. Esa conformación posibilita que desde un colector y desde un distribuidor se bifurquen varias tuberías.

45 En una central de energía solar, cada uno de los bucles de tubería comprende usualmente varios colectores en los cuales la luz solar recibida se concentra en las sales fundidas y las sales fundidas, debido a ello, se calientan.

Se considera preferente además que el colector y el distribuidor en un extremo estén conectados uno con otro, de modo que líquido que no circula desde el distribuidor hacia un bucle de la tubería, en el extremo del distribuidor sea guiado hacia el colector. De este modo, el colector y el distribuidor forman igualmente un bucle de tubería. A través 50 de esa realización se evita que las sales fundidas se estanquen en el extremo del distribuidor. La conexión del colector y el distribuidor puede tener lugar también mediante un bucle de tubería. Para ello, el distribuidor en su extremo se transforma en un bucle de tubería, el cual a su vez desemboca en un extremo en el colector.

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Además, es posible que desde el distribuidor se bifurquen respectivamente de forma opuesta dos bucles de tubería, los cuales están orientados en una dirección opuesta. De manera correspondiente, los bucles de tubería opuestos desembocan nuevamente en una posición opuesta, hacia el colector.

Para obtener un rendimiento lo suficientemente elevado de la central de energía solar, se considera preferente además que el sistema total de tuberías comprenda varios colectores y distribuidores, los cuales respectivamente están conectados a varias tuberías o bien bucles de tubería, donde todos los colectores están conectados a un colector principal y todos los distribuidores están conectados a un distribuidor principal. Mediante el distribuidor principal, las sales fundidas alcanzan el distribuidor y desde allí llegan a las tuberías o bien bucles de tubería. En las tuberías o bien bucles de tubería, las sales fundidas absorben calor a través de la radiación solar y circulan entonces desde la tubería o bien bucle de tubería hacia el colector, y desde el colector hacia el colector principal. Se considera preferente que para el vaciado de uno o de varios sistemas de tuberías se cierre el acceso de al menos un sistema de tuberías que debe vaciarse, hacia el colector principal y el distribuidor principal, por ejemplo a través de válvulas de acceso y válvulas de salida en el colector y en el distribuidor en el área de la bifurcación del colector y el distribuidor, desde el colector principal y el distribuidor principal.

Para poder usar el calor también en momentos sin radiación térmica solar o en el caso de una radiación térmica solar reducida, se proporcionan por ejemplo sistemas acumuladores en los cuales las sales fundidas térmicas calentadas se almacenan en un área caliente. En momentos sin radiación térmica solar, con las sales fundidas térmicas almacenadas se genera vapor, el cual a su vez acciona un generador para generar corriente. Después de la generación de vapor y del enfriamiento vinculado a ello de las sales fundidas, las sales fundidas son guiadas nuevamente a un área más fría del sistema acumulador. En el caso de una radiación solar suficiente, las masas fundidas térmicas calentadas se utilizan directamente para obtener energía eléctrica. El calor excedente puede almacenarse en forma de sales fundidas térmicas en el área del sistema acumulador.

Los depósitos de vaciado hacia los cuales se conduce el líquido al vaciarse el sistema de tuberías preferentemente están posicionados cerca del colector principal y del distribuidor principal, respectivamente entre el colector principal, al encontrarse el distribuidor situado arriba o bien el distribuidor principal al encontrarse situado arriba el colector, y la primera tubería que se bifurca desde el colector o bien el distribuidor. "Cerca" significa en este caso que los depósitos de vaciado están dispuestos tan cerca como sea posible en cuanto a la técnica de colocación, en la bifurcación del distribuidor y el colector con respecto al distribuidor principal o bien al colector principal. A través de ese posicionamiento, cada sistema de tubería que contiene un colector, un distribuidor y al menos dos tuberías o bien bucles de tubería entre el colector y el distribuidor, presenta un depósito de vaciado propio. Además, a través de la mayor cantidad de depósitos de vaciado, la totalidad del sistema se vacía más rápido en caso de ser necesario.

El posicionamiento antes descrito del depósito de vaciado ofrece la ventaja adicional de que las sales fundidas en las líneas de entrada hacia el colector principal y el distribuidor principal, hasta sus válvulas de bloqueo, pueden vaciarse en el depósito de vaciado. Al encontrarse abiertas las válvulas de bloqueo, de manera adicional puede vaciarse también el contenido del colector principal y del distribuidor principal, pero sin la ayuda de una presión de empuje desde los acumuladores de gas comprimido.

Los acumuladores de gas comprimido preferentemente están posicionados cerca de los depósitos de vaciado y, con ello, también cerca del colector principal y del distribuidor principal. A través de ese posicionamiento puede mantenerse reducida la longitud de las líneas de suministro de gas comprimido.

De este modo, también las sales fundidas contenidas en el colector principal y en el distribuidor principal pueden circular hacia los depósitos de vaciado, donde se considera preferente además que también el distribuidor principal y el colector principal estén conectados al depósito de vaciado. El depósito de vaciado en sí mismo se sitúa a mayor profundidad que todas las tuberías en el sistema de tuberías, es decir, a mayor profundidad que el colector principal y el distribuidor principal, de modo que todo el líquido puede salir hacia el depósito de vaciado. La conexión de colector principal y/o distribuidor principal con el depósito de vaciado puede realizarse por ejemplo a través de una derivación con una línea que se bifurca desde el colector o el distribuidor, y que desemboca en el depósito de vaciado. De forma alternativa también es posible proporcionar una línea de conexión separada desde el colector principal y/o el distribuidor principal con el depósito de vaciado.

El suministro de gas comprimido hacia el colector o el distribuidor puede tener lugar por ejemplo desde un acumulador de gas comprimido, el cual está conectado al colector o bien al distribuidor. La conexión tiene lugar con una línea de gas comprimido que, desde el acumulador de gas comprimido, desemboca en el colector o bien en el distribuidor. Preferentemente, la longitud y el diámetro de la línea de gas comprimido, se seleccionan de modo que se evita un gran descenso de presión no deseado. Para suministrar entonces sólo gas comprimido al sistema de tuberías, cuando se desea un vaciado, en la línea de gas comprimido se proporciona una válvula de ventilación que se abre cuando el sistema de tuberías debe vaciarse.

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Para que el líquido circule sólo hacia el depósito de vaciado cuando el sistema de tuberías debe vaciarse, es posible por ejemplo proporcionar una válvula de vaciado en la conexión desde el colector o bien desde el distribuidor y, en tanto se encuentre presente, en la conexión desde el distribuidor principal o el colector principal hacia el depósito de vaciado. La válvula de vaciado se abre cuando el sistema de tuberías debe ser vaciado.

En una forma de ejecución especialmente preferente cada válvula de ventilación y cada válvula de vaciado es una válvula con funcionamiento intrínsecamente seguro (propiedad "seguro contra fallos"), la cual se abre al presentarse una situación que exige un vaciado, eventualmente también con un retardo. Situaciones de esa clase que exigen un vaciado son por ejemplo la presencia de una temperatura excesiva o de una temperatura insuficiente en un bucle de tubería, la presión de una sobrepresión o de una presión negativa en un bucle de tubería, una desviación de la cantidad de flujo a través de un bucle de tubería o también un corte de corriente. Además, un vaciado también puede estar condicionado por ejemplo por un control automático, por ejemplo un vaciado posterior durante el funcionamiento en curso o también un vaciado cuando la radiación solar es insuficiente para poder operar la central de energía solar de forma segura. Además, un vaciado debe ser posible también en el caso de una intervención manual.

La presencia de una temperatura excesiva o insuficiente en un bucle de tubería o también una falla de aislamiento pueden localizarse rápidamente por ejemplo con un sistema de exploración óptico -infrarrojo sobre todo el parque solar. Un sistema de exploración de esa clase puede activar también por ejemplo un vaciado del sistema de tuberías cuando se miden valores que se desvían de la norma.

Las válvulas de vaciado y las válvulas de ventilación utilizadas como válvula con funcionamiento intrínsecamente seguro ("seguro frente a fallos") están cerradas durante el funcionamiento normal de la central de energía solar. Si tiene lugar un vaciado las válvulas se abren de forma automática. Debido a ello, gas comprimido circula a través de la válvula de ventilación abierta, hacia el sistema de tuberías, y el líquido circula desde el sistema de tuberías, a través de la válvula de vaciado abierta, hacia el depósito de vaciado. El volumen del depósito de vaciado debe seleccionarse de un tamaño tal que el líquido que debe ser vaciado, el cual se encuentra en el sistema de tuberías asociado al depósito de vaciado, pueda ser alojado por completo.

En una forma de ejecución, la válvula de ventilación está conectada mediante un depósito de dos fases. Esto ofrece la ventaja de una carga más reducida de las válvulas. Sin la utilización del depósito de dos fases, las temperaturas elevadas del sistema de tuberías y un contacto directo de las sales actúan sobre las válvulas. A través del depósito de dos fases esto puede evitarse, de modo que pueden garantizarse una vida útil más prolongada y un funcionamiento más seguro de las válvulas.

La presión es limitada a través de la capacidad de retención de presión de las tuberías conectadas y depósitos. Al contemplar en el diseño la resistencia a la presión de los depósitos y las tuberías puede aprovecharse el hecho de que la presión en el acumulador de gas comprimido se reduce durante el proceso de vaciado. Se considera preferente una presión absoluta inicial de 5 a 30 bar. Se considera especialmente preferente una presión absoluta en el rango de 10 a 20 bar. La velocidad del vaciado puede controlarse a través de dispositivos de limitación de flujo en el acumulador de gas comprimido.

El gas comprimido utilizado es preferentemente aire comprimido. Cuando el sistema de tuberías es un sistema de tuberías en una central de energía solar y a través del mismo circulan sales fundidas, puede utilizarse entonces aire comprimido cuando en las sales fundidas no están contenidos componentes que reaccionan químicamente con elementos constituyentes del aire. Debido a ello, una reacción química posible puede impedirse, de modo que un contacto de aire en el caso de un drenaje se admite sólo en el caso de una temperatura tan baja que una reacción química posible ya no pueda tener lugar de forma cinética. Si en las sales fundidas están contenidos componentes que reaccionan químicamente con elementos constituyentes del aire, como gas comprimido puede utilizarse alternativamente también un gas inerte, por ejemplo nitrógeno comprimido. El gas inerte naturalmente puede utilizarse también cuando las sales fundidas no contienen componentes que reaccionen químicamente con los elementos constituyentes del aire. En este caso, sin embargo, se considera preferente la utilización de aire comprimido. Además, de forma alternativa también es posible generar gas comprimido en los acumuladores de gas comprimido a través de la compresión de gas de la central, el cual por ejemplo puede obtenerse a partir de la fase gaseosa del sistema acumulador.

De manera adicional con respecto al suministro del sistema de tuberías con un gas comprimido también es posible evacuar respectivamente los depósitos de vaciado. En ese caso, al abrirse las válvulas de ventilación, el aire comprimido conduce a un vaciado acelerado de las tuberías, hacia el depósito de vaciado. La evacuación del depósito de vaciado ofrece la ventaja adicional de que un vaciado rápido y seguro es posible también cuando no se encuentra disponible gas comprimido suficiente, por ejemplo debido a un corte de corriente. Un vaciado rápido impulsado por presión, en este caso es posible con respecto a la presión ambiente al abrirse la válvula de ventilación, con respecto al entorno.

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En una forma de ejecución de la invención, acumuladores de gas comprimido descentralizados están dispuestos respectivamente cerca de las válvulas de ventilación. A través de la utilización de un acumulador de gas comprimido es posible entonces un vaciado rápido y seguro de un sistema de tuberías, también cuando no puede generarse gas comprimido suficiente, por ejemplo debido a un corte de corriente. Preferentemente, el volumen de presión del acumulador de gas comprimido es preferentemente el volumen de un depósito llenado con gas, multiplicado por su presión del gas. Aquí debe prestarse atención adicionalmente al hecho de que el gas comprimido, al ingresar al sistema de tuberías, adopta esencialmente su temperatura. Si el sistema de tuberías que debe vaciarse está más caliente que el gas comprimido en el acumulador de gas comprimido, entonces el volumen de presión aumenta. A través de la introducción del volumen de temperatura-presión ese efecto se considera ampliamente. El volumen de temperatura-presión es en ese caso el volumen de un depósito llenado con gas, multiplicado por su presión del gas y dividido por la temperatura en Kelvin.

Preferentemente, el acumulador de gas comprimido posee un volumen de presión-temperatura, el cual corresponde ampliamente al volumen de presión-temperatura del sistema de tuberías que debe vaciarse. Esto significa que el volumen de presión-temperatura del acumulador de gas comprimido difiere del volumen del sistema de tuberías como máximo en un 10%. La resistencia al flujo en el caso de un vaciado a modo de gotas, impulsado por presión, de un sistema de tuberías uniforme, es proporcional a la superficie mojada de la tubería. Al aumentar el vaciado se reduce la superficie mojada de la tubería y disminuye la resistencia al flujo. En el caso de una presión de empuje constante resultaría una circulación del líquido acelerada de forma creciente, con cargas mecánicas correspondientes en el sistema de tuberías. En cambio, si se utiliza la presión de empuje de un acumulador de gas comprimido, gas sale desde el acumulador de gas comprimido con un vaciado progresivo. A esto se asocia una presión de empuje que se reduce en el acumulador de gas comprimido, la cual, partiendo desde el volumen de presión preferente en el acumulador de gas comprimido, al final del vaciado alcanza el valor de presión en el depósito de vaciado. La intensidad de flujo del vaciado se homogeiniza ventajosamente a través de ese efecto.

En función de la presión del gas aplicada y de la intensidad de una corriente de dos fases, generada en la tubería, resultan diferentes configuraciones del flujo en una tubería larga, mayormente horizontal. En el caso de flujos de gas muy elevados, provocados por una presión de empuje elevada, la corriente de dos fases, de una fase de gas y una fase líquida, es esencialmente un flujo por gotas en donde un colchón de gas presiona ante sí el líquido. En el caso de una presión de empuje más reducida, la configuración del flujo cambia a un flujo en capas, donde el flujo de gas recubre el flujo de líquido. En esa configuración de flujo la fuerza impulsora del gas comprimido se reduce marcadamente con respecto a un flujo por gotas. La fuerza impulsora restante actúa tan sólo mediante el roce de la fase de gas que circula rápidamente sobre la superficie de la fase líquida.

En un parque solar, sin embargo, es muy costoso proporcionar una cantidad tan grande de gas comprimido, de modo que en el caso de un vaciado de una tubería larga hasta el vaciado completo, puede mantenerse un flujo de gotas. Ese problema se soluciona en una forma de ejecución de modo que se genera un flujo en torrente. Un flujo en torrente puede generarse por ejemplo de manera que el gas comprimido actúa en forma de pulsos sobre el líquido, en un tubo horizontal largo. A través de la aplicación de pulsos de gas comprimido, limitada de forma temporal y espacial, se alcanza una densidad de gas comprimido elevada, de manera que las condiciones para un flujo por gotas se alcanzan de forma temporalmente y espacialmente limitada. Se mejora con ello decididamente el efecto impulsor del gas comprimido sobre el líquido.

Los pulsos de gas comprimido pueden generarse por ejemplo proporcionando un acumulador de gas comprimido en el punto de alimentación para gas comprimido. A través de la apertura alternada de dos válvulas en el acumulador de gas comprimido, el acumulador de gas comprimido puede cargarse cíclicamente y vaciarse en la dirección de la tubería que conduce líquido. Una posibilidad alternativa consiste en proporcionar un separador de fases entre el acumulador de gas comprimido y la tubería que debe vaciarse, y en llenar periódicamente el volumen de gas del separador de fases de forma rápida, desde un acumulador de gas comprimido, y esperar la reducción de presión en el separador de fases a través del flujo de salida en la dirección de la tubería larga, hasta que un umbral de presión inicia un nuevo golpe de presión a través de la carga del separador de fases.

De manera especialmente preferente, para el vaciado completo del sistema de tuberías se aplica primero una presión de empuje máxima dentro del diseño de la instalación y, con ello, el líquido se transporta en la dirección del depósito de vaciado. Tan pronto como la presión de empuje se abre paso hacia el depósito de vaciado o el acumulador de gas comprimido descentralizado está vacío, el vaciado por presión se detiene y el sistema de tuberías se vacía nuevamente sin presión de empuje. Cuando el acumulador de gas comprimido está cargado nuevamente con la ayuda de un generador de gas comprimido, puede iniciarse entonces otro vaciado por presión.

De manera alternativa también es posible vaciar el sistema de tuberías aplicando pulsos de presión, los cuales sin embargo sólo conducen a un vaciado parcial. Los pulsos de presión deben respectivamente ser tan intensos y durar al menos hasta que en la tubería se genere un torrente de líquido.

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Además, también pueden combinarse ambas formas de vaciado. De manera preferente se realiza primero un vaciado con presión de empuje máxima, hasta que la presión de empuje se abre paso hacia el depósito de vaciado o hasta que el acumulador de gas comprimido está vacío, y a continuación tiene lugar un vaciado a través de la introducción de pulsos de presión.

La introducción de pulsos de presión es adecuada en particular para posibilitar un drenaje también en el caso de desviaciones locales leves de la tubería, de un desarrollo horizontal o con poca pendiente.

En el caso de un drenaje, los bucles de tubería se vacían de forma paralela. De este modo, los bucles de tubería con las resistencias de flujo más reducidas se vacían en primer lugar. Después de que el gas comprimido se abre paso en un bucle de tubería, preferentemente gas comprimido es desviado a través de esa línea y ya no se encuentra más a disposición como gas de empuje en otros bucles. En correspondencia con ello, las resistencias al flujo en las tuberías, por ejemplo a través de válvulas de regulación o pantallas acéntricas adecuadas, deben disponerse de forma adecuada de modo que tenga lugar un drenaje lo suficientemente uniforme. Después de una descarga disruptiva también es posible cerrar válvulas en la línea vaciada, para impedir un pasaje de gas a través de la tubería ya vaciada.

Para evitar que en áreas más frías del sistema de tuberías se formen gotas a través de sales fundidas que se enfrían, las cuales pueden deshacerse durante el vaciado y ser arrastradas, de modo que pueden provocarse daños en el sistema de tuberías, en una forma de ejecución de la invención todos los componentes del sistema de tuberías que son atravesados por el líquido se mantienen a una temperatura elevada, apta para el vaciado. Sin embargo, esto presenta la desventaja de que se necesita una gran cantidad de energía, por ejemplo energía eléctrica, para mantener la temperatura. Las líneas de un parque solar y también las líneas hacia los distribuidores y colectores están calientes durante el funcionamiento y, en el caso de un aislamiento térmico suficiente, también son aptas para un vaciado, de forma segura. Sin embargo, las áreas más frías del sistema de tuberías son por ejemplo líneas de vaciado que están vacías durante el funcionamiento y que conectan el sistema de tuberías con el depósito de vaciado. Durante el transporte de las sales fundidas hacia la línea de vaciado fría la sal se enfría y se forman las gotas antes mencionadas, las cuales impiden el flujo de forma no admisible. Este riesgo aumenta con la longitud de la tubería y se reduce con el tamaño de su sección transversal.

Junto con un calentamiento permanente, también es posible y se considera preferente calentar los componentes para el vaciado sólo después de que el vaciado deba iniciarse. Esto evita la inversión de energía permanente para el calentamiento de los componentes de vaciado. En ese caso, un vaciado del sistema de tuberías, sin embargo, es posible sólo retrasado, a saber, después del calentamiento. En el caso de un corte de energía, en ese caso, aumenta el riesgo de que las sales fundidas se enfríen en el sistema de tuberías.

Se considera especialmente problemático el calentamiento de las válvulas de vaciado, puesto que las mismas usualmente están provistas de un grosor de la pared más elevado que las tuberías conectadas. Por una parte, esto tiene como consecuencia el hecho de que las válvulas poseen una capacidad térmica elevada y, de forma correspondiente, debe suministrarse mucha energía para el calentamiento, para alcanzar la temperatura de vaciado. Por otra parte, la superficie mediante la cual puede introducirse calor, es específicamente muy pequeña. Debe prestarse atención también a que diferencias de temperatura demasiado elevadas en el cuerpo de la válvula puede ocasionar daños. Esto tiene como consecuencia el hecho de que los tiempos de calentamiento de las válvulas son particularmente elevados. Los tiempos de calentamiento pueden evitarse debido a que las válvulas se calientan de forma permanente.

Para calentar la línea de vaciado es posible además introducir un conductor de calentamiento interno. A través del calentamiento con un conductor de calentamiento interno se reduce marcadamente el lapso para el calentamiento, hasta alcanzar la capacidad de vaciado. Ese ahorro de tiempo se alcanza en particular debido a que la capacidad térmica de un conductor de calentamiento interno es mucho más reducida que aquella de una tubería, y por eso debe aplicarse menos calor para alcanzar la temperatura de vaciado.

Preferentemente, el conductor de calentamiento interno es conducido hasta el depósito de vaciado. Además, el conductor de calentamiento interno preferentemente está realizado de modo que el mismo presenta canales situados en el interior, en donde se acumula sal fundida y puede ser descargada. Los canales pueden formarse por ejemplo debido a que al menos tres conductores térmicos eléctricos están torsionados (trenzados) unos alrededor de otros. En el centro del trenzado se forman cuñas que son adecuadas como canales en el sentido de la invención.

Un depósito de vaciado adecuado para el vaciado del sistema de tuberías, para el alojamiento del líquido que circula a través del sistema de tuberías, se encuentra conectado al sistema de tuberías mediante un tubo de inmersión que se eleva dentro del depósito de vaciado, donde entre el sistema de tuberías y el depósito de vaciado está conformado un sifón con tubo de inmersión y el tubo de inmersión puede ser calentado, donde el sifón, en el funcionamiento del sistema de tuberías, está cerrado por un tapón de un material solidificado.

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Como sifón, en el marco de la presente invención no se entiende solamente un sifón en forma de s o en forma de u, sino también un área no curvada de una tubería, en la cual material puede solidificarse, de modo que la tubería se cierra a través del material solidificado.

El sifón cerrado con el material solidificado asume la función de la válvula de vaciado. El sifón puede calentarse, preferentemente través de un conductor de calentamiento interno, y tan pronto como un vaciado está pendiente el sifón se calienta, de modo que el material contenido en el sifón se funde y libera la vía hacia el depósito de vaciado. A través de la utilización del conductor de calentamiento interno, el material contenido en el sifón puede calentarse rápidamente y fundirse de modo que el líquido puede salir desde el sistema de tuberías hacia el depósito de vaciado a través del sifón.

Los tapones de sal de mezclas de nitrato poseen volúmenes de fusión elevados y usualmente son duros. En el caso de una fusión inadecuada esto puede conducir a una presión local elevada en un sistema de tuberías circundante y a su dilatación excesiva. A través de la conformación de la tubería circundante, la tolerancia de la construcción de sifón puede aumentarse contra una dilatación local. Por ejemplo, en el área en la cual el material se solidifica y forma el tapón, la sección transversal de la tubería puede realizarse en forma de una estrella. De manera más sencilla, en el área en donde se forma el tapón, de manera alternativa, la tubería puede ser provista también de una ovalidad notable, por ejemplo del 25%.

En el área del sifón, el conductor de calentamiento interno, de manera preferente, puede realizarse de modo que el mismo pueda emitir una potencia de calentamiento aumentada, para adecuar la potencia de calentamiento a la entalpía de fusión requerida. A modo de ejemplo, esto puede lograrse de modo que el conductor de calentamiento interno, en la posición del sifón, está equipado con un elemento calentador propio que puede conectarse. De manera alternativa, el conductor de calentamiento, en el área del sifón, puede concentrarse por ejemplo en forma de una hélice. El conductor de calentamiento interno, además, tiene la función de estabilizar mecánicamente el material solidificado contenido en el sifón. Esa función puede lograrse bien por ejemplo a través de una realización del conductor de calentamiento interno en una hélice, eventualmente también de varias capas. La estabilización mecánica alcanzada de ese modo del material solidificado contenido en el sifón conduce al hecho de que no pueden deshacerse bloques fundidos de gran tamaño y, en el caso de un corte de corriente, puede dar lugar a daños mecánicos.

Debido a ello, en el sifón puede solidificarse material, en donde una línea de vaciado llenada con masa fundida, sin circulación, permanece sin calentarse en el área del sifón. De este modo, una presión de la instalación que eventualmente se encuentra presente puede compensarse a través de la aplicación de una contrapresión en el depósito de vaciado, hasta la solidificación. La masa fundida se enfría y al alcanzarse un valor por debajo de la temperatura de solidificación, el sifón se cierra a través de material solidificado. De manera alternativa o adicional, para ayudar a la solidificación, también es posible equipar el sifón con un aislamiento reducido por momentos, en comparación con el aislamiento restante. De manera alternativa es posible también una refrigeración en el área del sifón.

El sifón se posiciona de modo que el mismo se sitúa lo suficientemente cerca en el sistema de tuberías caliente, para calentarse a través de transferencia térmica, y por otra parte se sitúa lo suficientemente alejado para, a través de transferencia térmica en el ambiente frío, alcanzar una temperatura que es lo suficientemente baja como para mantener el material solidificado mecánicamente estable y denso. Un precalentamiento continuo del material solidificado conduce a tiempos de fusión reducidos de forma deseada.

A través del tubo de inmersión se alcanza una altura hidrostática aumentada, la cual conduce a una reducción de los tiempos de vaciado del sistema de tuberías. Otra ventaja del tubo de inmersión consiste en que el mismo puede usarse también para un nuevo llenado del sistema de tuberías, en donde el líquido es presionado hacia el tubo de inmersión desde el depósito de vaciado. De manera alternativa o adicional, una bomba de inmersión puede estar instalada en el depósito de vaciado, con la cual el líquido es guiado desde el depósito de vaciado hacia el sistema de tuberías o hacia el colector principal o distribuidor principal.

Para evitar que en particular al inicio del proceso de vaciado sales fundidas se solidifiquen en el tubo de inmersión inicialmente frío, preferentemente un conductor de calentamiento está alojado en el tubo de inmersión para el calentamiento. El conductor de calentamiento, del modo antes descrito, preferentemente presenta canales a través de los cuales puede salir el líquido que se funde durante el calentamiento.

Junto con un vaciado, también un llenado del sistema de tuberías es indispensable para un funcionamiento eficiente. El llenado puede realizarse de modo que gas comprimido es introducido en el depósito de vaciado, el cual presiona el líquido nuevamente de regreso hacia el sistema de tuberías, a través del tubo de inmersión. De manera alternativa también es posible transportar el líquido con la ayuda de una bomba, de regreso hacia el sistema de tuberías. El líquido que penetra desde abajo en el sistema de tuberías desplaza los gases contenidos en el sistema de tuberías. Los gases desplazados pueden abandonar el sistema de tuberías mediante la válvula de desaireación abierta.

En una forma de ejecución, en el punto más elevado del sistema de tuberías está dispuesta una pieza en T, cuya bifurcación desemboca en un depósito de dos fases ubicado sobre el sistema de tuberías. Ese depósito de dos fases puede contener una medición del nivel de llenado para detectar las fases, por ejemplo en forma de un interruptor de límite de vibraciones. Con la medición del nivel de llenado puede detectarse en el proceso de llenado 5 la totalidad del llenado del sistema de tuberías. Tan pronto como líquido ingresa en el depósito de dos fases y el nivel de líquido aumenta, el llenado ha finalizado. Al activarse un interruptor de limitación de fases correspondiente la válvula de desaireación de cierra, deteniendo así el proceso de llenado.

La medición del nivel de llenado, junto con actuadores para la válvula de ventilación y la válvula de desaireación, pueden integrarse en una regulación del nivel de llenado.

10 Usualmente, el depósito de dos fases está dispuesto en un ramal lateral del sistema de tuberías, de modo que el mismo también puede no ser atravesado por el flujo durante la circulación a través de la tubería. En el caso de una distancia suficientemente grande, la temperatura del depósito de dos fases está desacoplada de la temperatura del sistema de tuberías. El depósito de dos fases puede ser calentado de forma selectiva a una temperatura sólo apenas por encima de la temperatura de solidificación de la masa fundida guiada a través del sistema de tuberías, 15 independientemente de la temperatura en el sistema de tuberías. Puesto que casi no se encuentran disponibles sistemas de medición para las temperaturas de utilización en el sistema de tuberías, las cuales pueden ubicarse hasta en 5502C, el depósito de dos fases permite también la utilización de sistemas de medición, cuya tolerancia de temperatura se ubica marcadamente por debajo de 550°C. Junto con la medición del nivel de llenado pueden realizarse así también una medición de presión o una medición de temperatura en el depósito de dos fases.

20 Para mejorar el desacoplamiento de temperatura del sistema de tuberías y el depósito de dos fases es posible conectar de forma intermedia un freno de convección. Un freno de convección de esa clase puede estar realizado por ejemplo en forma de un sifón. De manera alternativa, el freno de convección puede realizarse también debido a que la bifurcación hacia el depósito de dos fases está realizada con una línea que conduce hacia abajo.

El sifón, del modo antes descrito para el depósito de vaciado, también puede cerrarse con un tapón de material 25 solidificado. Esto ofrece la ventaja de que el depósito de dos fases no debe ser calentado. Además, se suprime la inversión de suministrar gas comprimido para operar la regulación opcional del nivel de llenado. Antes de un vaciado, el tapón puede fundirse por ejemplo mediante un conductor de calentamiento interno, con un canal de fusión situado en el interior, para el desbloqueo de la ventilación. Además el área del sifón, con el tapón de material solidificado puede ser protegida contra una dilatación excesiva de la tubería, tal como se describió anteriormente 30 para el sifón en el depósito de vaciado.

En las figuras se representan ejemplos de ejecución de la invención, los cuales se explican en detalle en la siguiente descripción.

Las figuras muestran:

Figura 1: un sector de un parque solar de una central de energía solar,

35 Figura 2: una parte de un sistema de tuberías con un bucle de tubería en una central de energía solar,

Figura 3: un depósito de vaciado con tubo de inmersión y sifón,

Figura 4: una parte de un sistema de tuberías con un depósito de dos fases,

Figura 5: una pieza tubular con una circulación a tapón,

Figura 6: una pieza tubular con una circulación en capas,

40 Figura 7: una pieza tubular con una circulación en torrente,

Figura 8: una parte de un sistema de tuberías con un dispositivo para generar pulsos de presión,

Figura 9: una parte de un sistema de tuberías con un dispositivo para generar pulsos de presión en una forma de ejecución alternativa.

En la figura 1 se representa un sector de un parque solar de una central de energía solar.

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Un parque solar 1 de una central de energía solar comprende usualmente varios sistemas de tuberías 3 que comprenden respectivamente un distribuidor 5, un colector 7 y al menos dos bucles de tubería 9. Los distribuidores 5 de varios sistemas de tuberías 3, preferentemente todos los sistemas de tuberías 3, están conectados a un distribuidor principal 11. Además, los colectores 7 de varios sistemas de tuberías 3, preferentemente todos los sistemas de tuberías 3, están conectados a un colector principal 13.

En caso necesario, para posibilitar un vaciado rápido de los sistemas de tuberías 3 individuales, en la forma de ejecución aquí representada, cada colector 7 está conectado a una entrada de alimentación 15 para gas comprimido. La entrada de alimentación 15 para gas comprimido comprende una válvula de ventilación 17 y un acumulador de gas comprimido 19. En el funcionamiento normal de la central de energía solar 1 la válvula de ventilación 17 está cerrada. Tan pronto como se necesita un vaciado la válvula de ventilación 17 se abre.

Una válvula de desaireación no representada aquí y la válvula de ventilación 17 pueden estar conectadas al colector 7 mediante un depósito de dos fases.

Para alojar las sales fundidas que circulan en el sistema de tuberías 3 durante un vaciado, el colector 7 está conectado a un depósito de vaciado 21. Para cerrar el depósito de vaciado 21 durante el funcionamiento normal de la central de energía solar 1 es posible proporcionar una válvula de vaciado no representada aquí, en una línea de vaciado 23 que está conectada al depósito de vaciado 21 con el colector 7. La válvula de vaciado se encuentra cerrada en el funcionamiento normal de la central de energía solar 1 y se abre tan pronto como se necesita un vaciado.

Para que en el caso de un vaciado necesario, el contenido de todo el sistema de tuberías 3 no pueda salir hacia el depósito de vaciado 21, se considera preferente que la entrada de alimentación 15 para gas comprimido esté dispuesta entre el distribuidor principal 11 y el bucle de tubería 9 del sistema de tuberías 3. De manera correspondiente, el depósito de vaciado 21 está posicionado entre el colector principal 13 y la salida del último bucle de tubería hacia el colector 7. En el caso de una aplicación de gas comprimido después de la apertura de la válvula de ventilación 17, de ese modo el líquido es presionado desde el distribuidor 5 hacia los bucles de tubería 9, y desde éstos hacia el colector 7. Desde el colector 7, a través de la válvula de vaciado abierta, el líquido llega al depósito de vaciado 21. El vaciado tiene lugar después del cierre de válvulas de salida y válvulas de acceso no representadas aquí. Las mismas están posicionadas entre distribuidores 5 y distribuidores principales 11, o bien entre colectores 7 y colectores principales 13.

En el caso de una nueva puesta en funcionamiento, para introducir el líquido nuevamente en el sistema de tuberías 21, el proceso se invierte y el líquido, al estar cerradas las válvulas de salida y de acceso, es presionado desde el depósito de vaciado 21, mediante el colector 7, hacia los bucles de tubería 9 y, desde allí, hacia el distribuidor 5.

Durante el funcionamiento en curso de la central de energía solar, líquido de transferencia térmica, usualmente sales fundidas, es transportado desde un depósito de almacenamiento frío 27 hacia el distribuidor principal 11. Para ello, por ejemplo es posible proporcionar un tubo de inmersión en el depósito de almacenamiento 27, a través del cual se extrae el líquido de transferencia térmica. Desde el distribuidor principal 11 se bifurcan los distribuidores 5, de modo que el líquido de transferencia térmica circula desde el distribuidor principal 11 hacia los distribuidores 5 de los sistemas de tuberías 3 individuales. Desde los distribuidores 5, el líquido de transferencia térmica circula hacia los bucles de tubería 9, en los cuales el líquido de transferencia térmica se calienta en captadores 29 que están representados de forma esquemática en la figura 2. El líquido de transferencia térmica calentado circula hacia el colector 7, en donde desembocan los bucles de tubería 9. Los colectores 9 de los sistemas de tuberías 3 desembocan en el colector principal 13, a través del cual el líquido de transferencia térmica calentado es transportado hacia el depósito de almacenamiento 25.

Para generar corriente eléctrica, el líquido de transferencia térmica se utiliza desde el acumulador 25, para generar vapor de agua. El vapor de agua acciona a su vez un generador para generar energía eléctrica. A través de la generación de vapor de agua, el líquido de transferencia térmica libera calor y se enfría. El líquido de transferencia térmica enfriado es conducido entonces hacia el depósito de almacenamiento 27 frío.

A través de la utilización del líquido de transferencia térmica y de los depósitos de almacenamiento 25, 27 es posible calentar una cantidad tan grande de líquido de transferencia térmica, que éste puede utilizarse también después para generar vapor de agua cuando no tiene lugar una radiación solar.

De manera alternativa con respecto a la variante aquí representada con un depósito de almacenamiento 27 y un depósito de almacenamiento 25 para el líquido de transferencia térmica calentado, es posible también utilizar por ejemplo un acumulador en capas, en donde el líquido de transferencia térmica calentado está contenido arriba y el líquido de transferencia térmica frío está contenido abajo. De manera correspondiente, según la necesidad, se extrae o suministra el líquido de transferencia térmica caliente arriba y frío abajo.

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Una parte de un sistema de tuberías con un bucle de tubería se representa a modo de ejemplo en la figura 2.

En la figura 2 puede observarse en particular la disposición de distribuidores 5, colectores 7, distribuidores principales 11 y colectores principales 13. De acuerdo con la invención, el distribuidor 5 está dispuesto por encima del colector 7. Debido a ello resulta una leve pendiente hacia los bucles de tubería 9, la cual facilita el transporte del líquido de transferencia térmica a través del bucle de tubería 9, en la dirección del colector 7. Desde el colector 7 se bifurca una línea de vaciado 23 que desemboca en el depósito de vaciado 21. A través de la línea de vaciado, el sistema de tuberías 3 puede vaciarse hacia el depósito de vaciado 21.

Para garantizar un vaciado seguro del sistema de tuberías 3 también en el caso de un corte de corriente, el depósito de vaciado está dispuesto a mayor profundidad que todas las tuberías, es decir, también a mayor profundidad que los distribuidores 5, colectores 7, distribuidores principales 11 y colectores principales 13. Dispuesto a mayor profundidad significa en este caso que, también al encontrarse llenado por el completo el depósito de vaciado 21, el nivel de líquido en el depósito de vaciado 21 se sitúa más bajo que la tubería situada más abajo, en la forma de ejecución aquí representada del colector principal 13.

La entrada de alimentación 15 para aire comprimido se encuentra en el punto más elevado del sistema de tuberías 3, en la forma de ejecución aquí representada por encima del distribuidor 5, y desemboca en el distribuidor 5. De ese modo, en el caso de un vaciado a través de gas comprimido que ingresa, el transporte del líquido de transferencia térmica a través del sistema de tuberías 3 es respaldado en correspondencia con la gravitación que actúa sobre el líquido de transferencia térmica.

En el caso de un vaciado, para vaciar también el colector principal 13 y el distribuidor principal 11, se considera preferente que una línea desemboque hacia el depósito de vaciado 21 desde el colector principal 13 y/o desde el distribuidor principal 11. De este modo, también el líquido de transferencia térmica contenido en el colector principal 13 y/o en el distribuidor principal 11 puede salir hacia el depósito de vaciado 21.

De manera alternativa con respecto a la forma de ejecución representada en la figura 2, en donde el distribuidor 5 se sitúa a mayor altura que el colector 7, también es posible posicionar el colector 7 a mayor altura que el distribuidor 5 y/o el colector principal 13 a mayor altura que el distribuidor principal 11.

En la figura 3 se presenta una variante ventajosa de un depósito de vaciado 21.

Para que las sales fundidas, después del vaciado del sistema de tuberías 3, no se solidifique de inmediato, se considera preferente que el depósito de vaciado 21 esté provisto de un aislamiento térmico 31. La línea de vaciado 23 a través de la cual el sistema de tuberías 3 puede vaciarse hacia el depósito de vaciado 21, desemboca en el depósito de vaciado 21 en forma de una línea de inmersión 33. Esto posibilita llenar nuevamente el sistema de tuberías 3 desde el depósito de llenado 21, a través de la misma como tubo de inmersión 33, cuando el funcionamiento de la central de energía solar comienza nuevamente. Para que durante el vaciado el líquido de transferencia térmica no se enfríe en la línea de vaciado 23, el mismo se encuentra provisto igualmente de un aislamiento térmico 35. De manera adicional se considera preferente que la línea de vaciado 23 pueda ser calentada. Para ello, en la forma de ejecución aquí representada se proporciona un conductor de calentamiento interno 37 que se extiende en el interior de la línea de vaciado 23. El conductor de calentamiento interno 37 se introduce de ese modo a través de una brida ciega 39, hacia la línea de vaciado. Para impedir un enfriamiento de las sales fundidas en la línea de vaciado 23 realizada como tubo de inmersión 33, se considera especialmente preferente guiar el conductor de calentamiento interno 27 a través de toda la línea de vaciado 23, de modo que la línea de vaciado 23 pueda calentarse a lo largo de toda su longitud.

De manera alternativa con respecto a un conductor de calentamiento interno puede usarse también cualquier otro calentador tubular para la línea de vaciado 23. Por ejemplo puede usarse un conductor de calentamiento aislado que se encuentra presente adentro o afuera en la pared tubular de la línea de vaciado 23 o la tubería en sí misma contiene un material eléctricamente conductor, de modo que la pared tubular puede calentarse de forma directa. Se considera preferente sin embargo un conductor de calentamiento interno 37.

Para cerrar el depósito de vaciado 21 durante el funcionamiento en curso de la central de energía solar es posible proporcionar una válvula de vaciado en la línea de vaciado 23. Sin embargo, tal como se representa en la figura 3, se considera preferente que la línea de vaciado 23 esté provista de un sifón, donde el sifón preferentemente está poco aislado térmicamente o no está aislado térmicamente. A través del aislamiento térmico faltante o más reducido, la tubería está fría en el área del sifón, de modo que las sales fundidas se solidifican en el sifón. Debido a ello se forma un tapón 43 de material solidificado que cierra la línea de vaciado con respecto al sistema de tuberías 3, de modo que durante el funcionamiento en curso las sales fundidas no pueden salir hacia el depósito de vaciado 21.

Cuando es necesario un vaciado, el material solidificado del tapón 43 se funde y de ese modo se libera la entrada hacia el depósito de vaciado 21. Para fundir el material solidificado del tapón 43, la línea de vaciado 23 se calienta al

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menos en el área del sifón 41. Se considera especialmente preferente realizar el calentamiento con el conductor de calentamiento interno 37, donde el conductor de calentamiento interno 37 es guiado también a través del tapón 43 de material solidificado.

El conductor de calentamiento interno, de manera preferente, presenta canales internos, a través de los cuales, poco tiempo después del inicio del calentamiento, puede salir el material que rodea directamente el conductor de calentamiento interno y, de este modo, en primer lugar, material fundido. Debido a ello se produce un canal de circulación a través del cual pueden fluir las sales fundidas, hacia el depósito de vaciado 21. A través del contacto con las sales fundidas térmicas, el fundido del material solidificado que forma el tapón 43 se acelera y, con ello, se agranda aún más rápidamente la sección transversal de flujo.

Para cerrar la línea de vaciado 23 en el área del sifón 41, junto con la supresión del aislamiento térmico, tal como se representa aquí, es posible de forma alternativa o adicional también una refrigeración selectiva. Para ello, alrededor del sifón pueden colocarse serpentines de refrigeración, a través de los cuales es guiado un refrigerante, para la refrigeración. También puede considerarse un serpentín de refrigeración situado en el interior, en el área del sifón. Si se prevé una refrigeración adicional que se realiza a través de un refrigerante, entonces en el caso de un vaciado necesario también es posible conducir un portador térmico a través de los serpentines de refrigeración, proporcionando así una fuente de calor adicional. Sin embargo, se considera preferente refrigerar sólo para producir el tapón 43 de material sólido, y a continuación prescindir de una refrigeración adicional.

En particular en el caso de un corte de energía que vuelve necesario un vaciado, para posibilitar un fundido de material solidificado que forma el tapón 43, se considera especialmente preferente ^ que el conductor de calentamiento interno 37 sea abastecido mediante un suministro de energía independiente Éste puede proporcionar suficiente energía eléctrica para calentar la línea de vaciado 23 también en el caso de un corte de corriente general. El suministro de energía independiente puede realizarse por ejemplo a través de un equipo auxiliar de emergencia, también a través de una batería recargable.

La figura 4 muestra una parte de un sistema de tuberías con un depósito de dos fases.

En la forma de ejecución mostrada en la figura 4, en el sistema de tuberías 3, mediante una pieza en T 45, una bifurcación 47 está dispuesta en el punto más alto. Un depósito de dos fases 51 está conectado a la bifurcación 47 mediante un sifón 49, para el desacoplamiento de temperatura. Al depósito de dos fases pueden conectarse sistemas de medición sensibles a la temperatura, por ejemplo para medir el nivel de llenado, la temperatura y la presión.

Con un sistema de medición del nivel de llenado 53 puede detectarse por ejemplo un punto final temporal durante el proceso de llenado del sistema de tuberías 3. De este modo, el sistema de tuberías está llenado por completo cuando el nivel de líquido en el depósito de dos fases 51 se incrementa.

En el espacio de gas 55 del depósito de dos fases 51 está dispuesta al menos una válvula de ventilación 17. De manera adicional puede proporcionarse también una válvula de desaireación 57 separada. En la disposición aquí representada, la válvula de ventilación 17 y la válvula de desaireación 57 no tienen contacto alguno con el portador térmico utilizado, por ejemplo las sales fundidas, y debido al desacoplamiento de temperatura, que posibilita mantener el depósito de dos fases 51 a una temperatura sólo apenas por encima de la temperatura de solidificación del portador térmico, también se exponen sólo a esa temperatura, gracias a lo cual puede aumentarse significativamente la vida útil de las válvulas 17, 57.

El calentamiento del depósito de dos fases 51 puede realizarse de forma especialmente eficiente a través de un conductor de calentamiento interno 59. De este modo, el conductor de calentamiento interno 59 dispone preferentemente de canales internos para masa fundida, por ejemplo en forma de una ranura que se extiende en dirección axial, o de modo que el conductor de calentamiento interno está realizado como cuerpo hueco con aberturas radiales. También es posible realizar los canales para masa fundida utilizando un conductor de calentamiento interno en forma de un tejido o de un hilo trenzado.

De manera preferente, el conductor de calentamiento interno 59 se extiende hasta el sifón 49. Esto permite que el portador térmico se solidifique en el sifón, forme un tapón y cierre así el sifón. En caso necesario, por ejemplo si el sistema de tuberías 3 debe ser vaciado, el tapón de portador térmico solidificado puede fundirse mediante el conductor de calentamiento interno 59, de modo que el sifón 51 se desbloquea para la circulación con gas, mediante la válvula de ventilación 17, a través del depósito de dos fases 51 y del sifón 49, hacia el sistema de tuberías 3.

Una circulación a tapón como la que puede presentarse cuando gas con una presión de empuje elevada circula a través del sistema de tuberías 3, se representa en la figura 5.

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En el sector aquí representado de un sistema de tuberías 3, gas propulsor 63 ingresa desde la derecha. El gas propulsor 63 desplaza una gran parte del líquido 65 contenido en el sistema de tuberías 3, en forma de un tapón, el cual es empujado por el gas propulsor 63.

Una circulación en capas que se presenta en el caso de una presión reducida del gas propulsor, se representa en la figura 6.

También en este caso el gas propulsor 63 ingresa a la parte representada de un sistema de tuberías 3, desde la izquierda. Debido a la presión reducida, el gas propulsor 63, sin embargo, no puede empujar delante del mismo todo el líquido 65 en forma de un tapón. Se forma una circulación en capas, en donde en la parte superior el gas propulsor 63 desplaza el líquido 65 y en la parte inferior el líquido 65 permanece en la tubería. Un transporte de líquido tiene lugar sólo a través del roce del gas propulsor 63 en la superficie del líquido 65.

Una circulación en torrente, tal como puede lograrse a través de pulsos de presión con el gas propulsor 63, se representa en la figura 7. En este caso, a través de pulsos de presión con el gas propulsor 63 se genera un torrente de líquido 67 que es transportado a través del sistema de tuberías a través de la presión del gas propulsor.

Un posible dispositivo con el cual pueden generarse pulsos de presión se representa a modo de ejemplo en la figura 8.

En el dispositivo para generar pulsos de presión, representado en la figura 8, mediante un generador de gas comprimido 69, por ejemplo un compresor, gas comprimido se introduce de forma continua a un acumulador de gas comprimido 19 descentralizado. Desde el acumulador de gas comprimido 19, a través de dos válvulas 71.1,71.2 que se conmutan de forma alternada, al encontrarse abierta la primera válvula 71.1 y cerrada la segunda válvula 71.2, gas es conducido desde el acumulador de gas comprimido 19 descentralizado hacia un acumulador tampón 73. A continuación la primera válvula 71.1 se cierra y la segunda válvula 71.2 se abre. Debido a ello, el gas circula desde el acumulador tampón 73, a través de una tubería 75, hacia el distribuidor 5 del sistema de tuberías 3, no representado en este caso.

Una forma de ejecución alternativa de un dispositivo para generar pulsos de presión se representa en la figura 9.

En la forma de ejecución representada en la figura 9, gas comprimido es introducido de forma continua en el acumulador de gas comprimido 19 descentralizado. Desde el acumulador de gas comprimido 19, a través de una válvula de ventilación 17, utilizando un separador de fases 77, cuya función tampón es utilizada, pulsos de presión son introducidos en el sistema de tuberías 3 que debe ser vaciado. Para ello, el dispositivo representado en la figura 9, de manera preferente, está conectado igualmente al distribuidor 5 del sistema de tuberías 3.

Cuando los pulsos de presión deben suministrarse utilizando un separador de fases 77 se considera ventajoso que la tubería 79, desde el acumulador de aire comprimido 19 hacia el separador de fases 77, presente una resistencia al flujo marcadamente más reducida que el sistema de tuberías 3 y que la tubería 81 desde el generador de gas comprimido 69 hacia el acumulador de presión descentralizado 19.

Lista de referencias

I Parque solar

3 Sistema de tuberías 5 Distribuidor 7 Colector 9 Bucle de tubería

II Distribuidor principal 13 Colector principal

15 Entrada de alimentación para gas comprimido 17 Válvula de ventilación

5

10

15

20

25

30

19 Acumulador de gas comprimido

21 Depósito de vaciado

23 Línea de vaciado

25 Depósito de almacenamiento

27 Depósito de almacenamiento frío

29 Captador

31 Aislamiento térmico

33 Tubo de inmersión

35 Aislamiento térmico

37 Conductor de calentamiento interno

39 Brida ciega

41 Sifón

43 Tampón de material solidificado 45 Pieza en T 47 Bifurcación 49 Sifón

51 Depósito de dos fases

53 Sistema de medición del nivel de llenado

55 Espacio de gas

57 Válvula de desaireación

59 Conductor de calentamiento interno

61 Pieza tubular

63 Gas propulsor

65 Líquido

67 Torrente de líquido 69 Generador de gas comprimido

71.1 Primera válvula

71.2 Segunda válvula 73 Acumulador tampón 75 Tubería

77 Separador de fases

Claims (13)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   REIVINDICACIONES

   1. Parque solar para una central de energía solar (1) de concentración lineal, con un acumulador de gas comprimido (19), un depósito de vaciado (21), sales fundidas, y un sistema de tuberías que comprende al menos una tubería (9) con un colector (7), un distribuidor (5) y captadores (29), donde la tubería (9) en un extremo está conectada al colector (7) y en un segundo extremo está conectada al distribuidor (5), donde el colector (7) y el distribuidor (5) están dispuestos a una altura geodésica diferente y al encontrarse situado arriba el colector (7) al colector puede suministrarse gas comprimido, y el distribuidor (5) está conectado al el depósito de vaciado (21) y al encontrarse situado arriba el distribuidor (5) al distribuidor (5) puede suministrarse gas comprimido, y el colector (7) está conectado al depósito de vaciado (21), donde el depósito de vaciado (21) se sitúa a mayor profundidad que el colector (7) y el distribuidor (5), donde el suministro de gas comprimido tiene lugar desde el acumulador de gas comprimido (19), el cual está conectado al colector (7), o bien al distribuidor (5), donde el depósito de vaciado (21) está conectado al sistema de tuberías (3) mediante un tubo de inmersión (33) que se eleva dentro del depósito de vaciado (21), donde entre el sistema de tuberías (3) y el depósito de vaciado (21) está realizado un sifón (41) en el tubo de inmersión (33) y el tubo de inmersión (33) puede calentarse, donde el sifón (41), durante el funcionamiento del sistema de tuberías (3), está cerrado por material solidificado (43).
2. 2. Parque solar según la reivindicación 1, caracterizado porque el colector (7) y el distribuidor (5) están realizados respectivamente en forma de una tubería, y al menos una tubería (9) que en un extremo está conectada al colector (7) y en el extremo opuesto está conectada al distribuidor (5), se bifurca respectivamente con un extremo desde el colector (7) y con el otro extremo desde el distribuidor (5).
3. 3. Parque solar según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el colector (7) y el distribuidor (5) en un extremo están conectados uno con otro, de modo que líquido que no circula desde el distribuidor (5) hacia una tubería (9), en el extremo del distribuidor (5) es guiado hacia el colector (7).
4. 4. Parque solar según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el sistema de tuberías (3) comprende varios colectores (7) y distribuidores (5) que respectivamente están conectados a varias tuberías (9), donde todos los colectores (7) están conectados a un colector principal (13) y todos los distribuidores (5) están conectados a un distribuidor principal (11).
5. 5. Parque solar según la reivindicación 4, caracterizado porque los depósitos de vaciado (21) están posicionados respectivamente entre el colector principal (13) al encontrarse situado arriba el distribuidor (5) o bien el distribuidor principal (11) al encontrarse situado arriba el colector (7), y la primera tubería (9) que se bifurca.
6. 6. Parque solar según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque el punto de suministro (15) para gas comprimido está posicionado respectivamente entre el colector principal (13) al encontrarse situado arriba el colector (7) o bien el distribuidor principal (11) al encontrarse situado arriba el distribuidor (5), y la primera tubería (9) que se bifurca.
7. 7. Parque solar según una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizado porque el depósito de vaciado (21) está situado a mayor profundidad que el distribuidor principal (11) y el colector principal (13) y el distribuidor principal (11) y/o el colector principal (13) están conectados al depósito de vaciado (21).
8. 8. Parque solar según la reivindicación 7, caracterizado porque el gas comprimido es aire comprimido, nitrógeno comprimido, gas de la central comprimido o es obtenido por la compresión de la fase gaseosa del sistema acumulador de calor.
9. 9. Parque solar según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque un separador de fases (77) está alojado entre el acumulador de gas comprimido (19) y el colector (7) o bien el distribuidor (9).
10. 10. Parque solar según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque dos válvulas (71.1, 71.2) de conmutación alterna y un depósito tampón (73) entre las válvulas (71.1,71.2) están alojados entre el acumulador de gas comprimido (19) y el colector (7) o bien el distribuidor (9).
11. 11. Parque solar según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque en el punto más elevado del sistema de tuberías (3) un depósito de dos fases (51) está conectado mediante un sifón (49), donde el espacio de gas del depósito de dos fases (51) está conectado a la válvula de ventilación (17).
12. 12. Parque solar según una de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque el sifón (41) está formado desde una tubería, cuya sección transversal está conformada de modo que la tubería que forma el sifón es tolerante con respecto a dilataciones locales durante el proceso de fusión del material solidificado.
13. 13. Parque solar según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque para el calentamiento un conductor de calor interno (37) está alojado en el tubo de inmersión (33), donde el conductor de calor interno (37) preferentemente presenta canales a través de los cuales puede salir líquido de fusión durante el calentamiento.