ITRM20110212A1 - PROCEDURE FOR THE MANAGEMENT OF START-UP AND SHUT-DOWN PHASES OF SOLAR SYSTEMS TO LINEAR PARABOLIC MANIFOLDS USING MIXTURES OF MELTED SALTS AS A FLUID THERMAL CARRIER. - Google Patents
PROCEDURE FOR THE MANAGEMENT OF START-UP AND SHUT-DOWN PHASES OF SOLAR SYSTEMS TO LINEAR PARABOLIC MANIFOLDS USING MIXTURES OF MELTED SALTS AS A FLUID THERMAL CARRIER.Info
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Description
Procedimento per la gestione di fasi di start-up e shut-down di impianti solari a collettori parabolici lineari utilizzanti miscele di sali fusi come fluido termovettore Procedure for the management of start-up and shut-down phases of solar systems with linear parabolic collectors using mixtures of molten salts as heat transfer fluid
La presente invenzione riguarda un metodo per la gestione di fasi di start-up e shut-down di impianti solari a collettori parabolici lineari utilizzanti miscele di sali fusi come fluido termovettore. The present invention relates to a method for the management of start-up and shut-down phases of solar systems with linear parabolic collectors using mixtures of molten salts as heat transfer fluid.
Più precisamente, la presente invenzione riguarda la modifica della composizione delle miscele di sali fusi, in concomitanza delle operazioni di svuotamento e riempimento dell'impianto, con l'obiettivo di modulare le proprietà termiche del fluido termovettore. In particolare tale modifica del fluido termovettore risulta essere un'operazione reversibile, infatti al termine delle operazioni di riempimento-svuotamento dei collettori, si procede al ripristino della miscela binaria di partenza. More precisely, the present invention relates to the modification of the composition of the mixtures of molten salts, concomitantly with the emptying and filling operations of the system, with the aim of modulating the thermal properties of the heat transfer fluid. In particular, this modification of the heat-carrying fluid is a reversible operation, in fact at the end of the filling-emptying operations of the collectors, the starting binary mixture is restored.
Attualmente la generazione di energia elettrica attraverso impianti alimentati da energia solare concentrata (CSP) rappresenta una tecnologia di grandi prospettive per il prossimo futuro, ed à ̈ stata oggetto di notevoli investimenti economici da parte di molti Paesi negli ultimi anni. In generale, due tipi di impianti solari termici a concentrazione sono comunemente impiegati: sistemi a ricevitore centrale e sistemi a collettori parabolici lineari (PCS). Currently, the generation of electricity through plants powered by concentrated solar energy (CSP) represents a technology with great prospects for the near future, and has been the subject of considerable economic investments by many countries in recent years. In general, two types of concentrating solar thermal systems are commonly used: central receiver systems and linear parabolic collector systems (PCS).
In un comune impianto solare a concentrazione (CSP) l'energia solare viene trasferita mediante irraggiamento di un sistema di captazione contenente un fluido termovettore capace di assorbire, trasportare ed immagazzinare il calore. Nel caso particolare dei collettori parabolici lineari (PCS), un fluido termovettore viene fatto scorrere in un insieme di tubi ricevitori posti nel fuoco di una serie di specchi parabolici, o stringa, dove la radiazione solare viene assorbita sotto forma di calore sensibile. Tale calore viene successivamente trasferito e reso disponibile per la generazione di vapore e la produzione di energia elettrica. Attraverso opportuni scambiatori, l'energia termica à ̈ infatti ceduta al vapore che alimenta un gruppo turbina alternatore. Anche in presenza di annuvolamenti e discontinuità della radiazione solare il funzionamento dell'impianto solare termodinamico à ̈ garantito attraverso lo stoccaggio del fluido termovettore in appositi serbatoi opportunamente dimensionati. In a common concentrating solar system (CSP) solar energy is transferred by irradiation of a captation system containing a heat transfer fluid capable of absorbing, transporting and storing heat. In the particular case of linear parabolic collectors (PCS), a heat transfer fluid is made to flow in a set of receiver tubes placed in the focus of a series of parabolic mirrors, or strings, where the solar radiation is absorbed in the form of sensible heat. This heat is subsequently transferred and made available for steam generation and electricity generation. Through suitable exchangers, the thermal energy is in fact transferred to the steam that feeds a turbine-alternator group. Even in the presence of cloud coverings and discontinuity of solar radiation, the operation of the thermodynamic solar system is guaranteed by storing the heat-carrying fluid in special suitably sized tanks.
Vari fluidi termici possono essere utilizzati a questo scopo, tipicamente oli diatermici, ma, dato il basso costo, la relativamente bassa tossicità e le buone proprietà termofisiche, le miscele alcaline di nitrati sono oggi ritenute l'opzione più promettente, soprattutto per la possibilità di effettuare uno stoccaggio termico di grandi dimensioni. Various thermal fluids can be used for this purpose, typically diathermic oils, but given their low cost, relatively low toxicity and good thermophysical properties, alkaline nitrate mixtures are now considered the most promising option, especially due to the possibility of carry out a large thermal storage.
Allo stato della tecnica, le maggiori difficoltà operative si riscontrano in corrispondenza delle operazioni di manutenzione, in particolare nelle fasi di svuotamento e di riempimento delle stringhe di collettori, che possono avvenire anche a seguito di una fermata programmata o d'emergenza. In the state of the art, the greatest operational difficulties are found in correspondence with maintenance operations, in particular in the emptying and filling phases of the manifold strings, which can also occur following a scheduled or emergency stop.
Le miscele di nitrati alcalini utilizzate comunemente, difatti, pur essendo caratterizzate da buone proprietà termo- fisiche e da una elevata stabilità chimica fino a 600°C, presentano un punto di inizio solidificazione piuttosto alto (circa 230°C) , che comporta un elevato rischio di solidificazione in corrispondenza dei possibili punti freddi presenti lungo la linea (flessibili mal coibentati, giunzioni, cravatte di sospensione del collettore) , soprattutto nelle fasi operative di svuotamento e riempimento. Tali fasi operative sono infatti processi lenti e graduali che possono indurre, nonostante la coibentazione ed il riscaldamento elettrico, a locali fenomeni di raffreddamento e conseguente solidificazione del fluido termovettore . The mixtures of alkaline nitrates commonly used, in fact, despite being characterized by good thermo-physical properties and a high chemical stability up to 600 ° C, have a rather high starting point of solidification (about 230 ° C), which involves a high risk of solidification at possible cold points along the line (poorly insulated hoses, joints, collector suspension ties), especially in the emptying and filling operating phases. These operating phases are in fact slow and gradual processes that can induce, despite the insulation and electrical heating, local cooling phenomena and consequent solidification of the heat-carrying fluid.
Nella pratica operativa la temperatura di caricamento/svuotamento dell'impianto viene pertanto mantenuta al di sopra del punto di solidificazione del fluido termovettore, ad un valore limite (Tsolid+ΔTsicur) calcolato come somma tra la temperatura di solidificazione e un differenziale opportunamente fissato secondo le caratteristiche del fluido. In operational practice, the system loading / emptying temperature is therefore kept above the solidification point of the heat transfer fluid, at a limit value (Tsolid + Π"Tsicur) calculated as the sum of the solidification temperature and a suitably fixed differential according to the characteristics of the fluid.
Nel brevetto GB545,590 depositato il 17 febbraio 1941, viene suggerito l'utilizzo di miscele ad elevato contenuto di nitriti caratterizzate da un basso punto di inizio solidificazione, come fluido termovettore per scambiatori termici. Ciò può avvenire trattando le miscele di nitrati alcalini con agenti riducenti quali idrogeno, idrocarburi, ammoniaca in fase gassosa in modo da riconvertire i nitrati in nitriti. In aggiunta si propone di mantenere una bassa pressione parziale dell'ossigeno nell'atmosfera a contatto con i sali al fine di prevenire la conversione dei nitriti in nitrati. Non à ̈ considerata l'applicazione al solare termodinamico, all'epoca non in uso. In the patent GB545,590 filed on February 17, 1941, the use of mixtures with a high content of nitrites characterized by a low starting point of solidification, as heat transfer fluid for heat exchangers, is suggested. This can be done by treating the mixtures of alkaline nitrates with reducing agents such as hydrogen, hydrocarbons, ammonia in the gaseous phase in order to reconvert the nitrates into nitrites. In addition, it is proposed to maintain a low partial pressure of oxygen in the atmosphere in contact with the salts in order to prevent the conversion of nitrites into nitrates. Application to thermodynamic solar power, which was not in use at the time, is not considered.
Facendo riferimento alla figura 1, si osserva il funzionamento di un impianto solare termodinamico 1 secondo la tecnica nota comprendente collettori parabolici lineari 2, un insieme di tubi ricevitori 3 nei quali scorre un fluido termovettore 4, che circola tra un serbatoio caldo di accumulo termico 30 ed un serbatoio freddo di accumulo termico 40. Affinché il fluido termovettore 4 possa raggiungere la temperatura massima di esercizio, vengono collegati in serie più collettori parabolici 2, disposti in genere su due file parallele, formando una stringa 10, che rappresenta il modulo unitario dell'impianto 1. With reference to Figure 1, the operation of a thermodynamic solar plant 1 according to the known art is observed comprising linear parabolic collectors 2, a set of receiving tubes 3 in which a heat-carrying fluid 4 flows, which circulates between a hot thermal storage tank 30 and a cold storage tank 40. In order for the heat transfer fluid 4 to reach the maximum operating temperature, several parabolic collectors 2 are connected in series, generally arranged in two parallel rows, forming a string 10, which represents the unitary module system 1.
Detto fluido termovettore 4 à ̈ comunemente costituito da una miscela binaria di sali fusi (ad alto punto di inizio solidificazione) , preferibilmente contenenti nitrato di sodio e di potassio (preferibilmente con il 60/40 rispettivamente di percentuale in peso), che scorre nell'intero impianto 1 in una rete di tubazioni 400, comprendente tubazioni di uscita 410 con temperatura del fluido termovettore 4 di 550÷600°C (più in generale Thot) e tubazioni di entrata 420 con fluido termovettore 4 a 290°C (più in generale Said heat transfer fluid 4 is commonly made up of a binary mixture of molten salts (with a high starting point of solidification), preferably containing sodium and potassium nitrate (preferably with 60/40 percent by weight respectively), which flows in the entire plant 1 in a network of pipes 400, comprising outlet pipes 410 with temperature of the heat carrier fluid 4 of 550à · 600 ° C (more generally Thot) and inlet pipes 420 with heat carrier fluid 4 at 290 ° C (more generally
Tcold) . Tcold).
I tubi ricevitori 3 sono posti nel fuoco dei collettori parabolici 2, dove la radiazione solare S viene assorbita e distribuita sotto forma di calore sensibile al fluido termovettore 4. The receiving tubes 3 are placed in the focus of the parabolic collectors 2, where the solar radiation S is absorbed and distributed in the form of heat sensitive to the heat transfer fluid 4.
Tale fluido termovettore 4 riscaldato, raggiungendo temperature fino a 550÷600°C, viene successivamente trasferito, tramite le tubazioni di uscita 410 a 550÷600°C, nel serbatoio caldo di accumulo termico 30 e reso disponibile per la generazione di vapore e la produzione di energia elettrica. Il serbatoio caldo di accumulo termico 30 à ̈ in contatto termico con uno scambiatore di calore 6, che attraverso una caldaia 22 genera vapore; questo viene utilizzato per alimentare un gruppo turbina-alternatore 21 per produrre così corrente elettrica (il sistema di produzione elettrica à ̈ indicato con il riferimento 20). This heated heat transfer fluid 4, reaching temperatures up to 550 ° 600 ° C, is subsequently transferred, through the outlet pipes 410 to 550 ° 600 ° C, into the hot thermal storage tank 30 and made available for the generation of steam and electricity generation. The hot thermal storage tank 30 is in thermal contact with a heat exchanger 6, which generates steam through a boiler 22; this is used to power a turbine-alternator group 21 to thus produce electric current (the electric production system is indicated with reference 20).
Successivamente il fluido termovettore 4, raffreddato fino ad una temperatura di circa 290° (TCold)viene trasferito in un serbatoio freddo di accumulo termico 40 e immesso nuovamente nell'impianto 1, tramite le tubazioni di entrata 420 a 290°C. Subsequently, the heat-carrying fluid 4, cooled to a temperature of about 290 ° (TCold), is transferred to a cold thermal storage tank 40 and fed back into the system 1, through the inlet pipes 420 at 290 ° C.
Anche in presenza di annuvolamenti e discontinuità della radiazione solare S, il funzionamento dell'impianto 1 solare termodinamico à ̈ garantito attraverso lo stoccaggio del fluido termovettore 4 negli appositi serbatoi caldo di accumulo termico 30 e freddo di accumulo termico 40 opportunamente dimensionati. Even in the presence of cloud coverings and discontinuity of solar radiation S, the operation of the thermodynamic solar system 1 is guaranteed by storing the heat transfer fluid 4 in the special hot heat storage tanks 30 and cold heat storage tanks 40 suitably sized.
Il fluido termovettore 4, pur essendo caratterizzato da buone proprietà termofisiche (viscosità bassa ed elevato CPI, e buon coefficiente di scambio) e da una elevata stabilità chimica fino a 600 °C, deve essere mantenuto in un intervallo di temperatura pari a circa 290-600°C (Tcold÷Thot), in modo da evitare il congelamento, che avviene a temperatura di circa 240°C, e la conseguente solidificazione. Ciò può avvenire in particolare in corrispondenza dei possibili punti freddi presenti lungo la linea (flessibili mal coibentati, giunzioni, cravatte di sospensione del collettore) e soprattutto durante le fasi operative di manutenzione, come lo svuotamento e il riempimento di detto impianto 1. The heat transfer fluid 4, despite being characterized by good thermophysical properties (low viscosity and high CPI, and good exchange coefficient) and by a high chemical stability up to 600 ° C, must be maintained in a temperature range of about 290- 600 ° C (Tcoldà · Thot), in order to avoid freezing, which occurs at a temperature of about 240 ° C, and the consequent solidification. This can occur in particular at possible cold points along the line (poorly insulated hoses, joints, collector suspension ties) and above all during the operational maintenance phases, such as emptying and filling said system 1.
Osservando inoltre lo schema di figura 2, secondo la tecnica nota le operazioni di svuotamento di detta stringa 10 prevedono: Furthermore, observing the diagram of figure 2, according to the known technique, the emptying operations of said string 10 foresee:
- messa "fuori fuoco" dei tubi ricevitori 3, ciò che risulta in una potenza assorbita dal Sole pari a zero; - "out of focus" of the receiver tubes 3, which results in a power absorbed by the Sun equal to zero;
- chiusura delle valvole A e B di intercettazione, poste all'ingresso e all'uscita della rete di tubazioni 400 dell'impianto 1; - closing of the interception valves A and B, located at the inlet and outlet of the piping network 400 of system 1;
- azionamento di un sistema di riscaldamento elettrico ausiliario del collettore; - operation of an auxiliary electric heating system of the collector;
- apertura della valvola di sfiato C; - opening of the vent valve C;
- scaricamento dei sali per gravità in un apposito serbatoio interrato, dal quale, con delle pompe di rilancio, il sale viene inviato al serbatoio caldo dell'impianto . - unloading of the salts by gravity in a special underground tank, from which, with booster pumps, the salt is sent to the hot tank of the system.
Lo svuotamento à ̈ perciò un processo lento e graduale che può portare, nonostante la coibentazione ed il riscaldamento elettrico, a locali fenomeni di raffreddamento e solidificazione, oltre ad essere legato alla temperatura del fluido termovettore 4 presente nel momento del sezionamento della stringa 10 e al gradiente di temperatura lungo i tubi ricevitori 3 . The emptying is therefore a slow and gradual process that can lead, despite the insulation and electrical heating, to local cooling and solidification phenomena, as well as being linked to the temperature of the heat carrier fluid 4 present at the time of sectioning of the string 10 and to the temperature gradient along the receiver tubes 3.
In maniera analoga, ma opposta, secondo la tecnica nota, il caricamento di detta stringa 10 avviene come segue : In a similar but opposite way, according to the known technique, the loading of said string 10 takes place as follows:
- pre-riscaldamento delle linee con il suddetto sistema elettrico ausiliario del collettore; - pre-heating of the lines with the aforementioned auxiliary electrical system of the collector;
- apertura delle valvole A e B di intercettazione; - riempimento del tubo ricevitore con il fluido termovettore proveniente dal serbatoio caldo; - opening of the shut-off valves A and B; - filling the receiver tube with the heat transfer fluid coming from the hot tank;
- messa a fuoco del tubo ricevitore 3. - focus of the receiver tube 3.
La temperatura di caricamento/svuotamento deve essere convenientemente sempre mantenuta al di sopra del punto di solidificazione del fluido termovettore 4, ad un valore limite (Tsolid+ΔTsicur) calcolato come somma tra la temperatura di solidificazione e un differenziale opportunamente fissato secondo le caratteristiche del fluido, come margine di sicurezza contro il suo congelamento. The loading / emptying temperature must always be conveniently kept above the solidification point of the heat transfer fluid 4, at a limit value (Tsolid + Π"Tsicur) calculated as the sum between the solidification temperature and a differential suitably fixed according to the characteristics of the fluid, as a safety margin against its freezing.
Secondo la tecnica nota, risulta pertanto di cruciale importanza la gestione dei punti freddi con resistenze elettriche o altri dispositivi al fine di mantenere la temperatura al di sopra di 290°C. According to the known art, the management of cold spots with electric resistors or other devices is therefore of crucial importance in order to maintain the temperature above 290 ° C.
E' scopo della presente invenzione un procedimento di gestione delle fasi di caricamento (start-up) e svuotamento (shut-down) dell'impianto che eviti la solidificazione del fluido termovettore m corrispondenza di punti freddi del circuito. The purpose of the present invention is a procedure for managing the loading (start-up) and emptying (shut-down) phases of the system which avoids the solidification of the heat-carrying fluid in correspondence with cold points of the circuit.
E' ulteriore scopo della presente invenzione un impianto solare termodinamico a concentrazione atto a realizzare il metodo oggetto dell'invenzione. A further object of the present invention is a concentrating thermodynamic solar plant suitable for carrying out the method object of the invention.
E' oggetto specifico della presente invenzione un metodo per la gestione delle fasi di start-up e shutdown per la manutenzione di un impianto solare termodinamico a collettori parabolici lineari che comprende: The specific object of the present invention is a method for managing the start-up and shutdown phases for the maintenance of a thermodynamic solar system with linear parabolic collectors which includes:
- almeno una stringa, ciascuna comprendente: - at least one string, each comprising:
- almeno un collettore parabolico lineare, - at least one linear parabolic collector,
- almeno un tubo ricevitore, posto nel fuoco di detto collettore parabolico lineare, nel quale scorre un fluido termovettore a base di una miscela di due sali fusi contenente almeno due nitrati ed avente una temperatura di solidificazione Tsolid;- at least one receiver tube, placed in the focus of said linear parabolic collector, in which flows a heat transfer fluid based on a mixture of two molten salts containing at least two nitrates and having a Tsolid solidification temperature;
- almeno un serbatoio caldo di accumulo termico ad una temperatura Thot;- at least one hot thermal storage tank at a Thot temperature;
- almeno un serbatoio freddo di accumulo termico ad una temperatura Tcold; - at least one cold storage tank at a Tcold temperature;
- una rete di tubazioni comprendente: - a network of pipes including:
- una tubazione di uscita dalla stringa che si connette ad una valvola di uscita a più vie; - una tubazione di entrata nella stringa che si connette ad una valvola di entrata a più vie; - una prima tubazione di raccordo tra detto serbatoio caldo di accumulo termico e detta valvola di uscita a più vie; - an outlet pipe from the string that connects to a multi-way outlet valve; - an inlet pipe in the string that connects to a multi-way inlet valve; - a first connecting pipe between said hot storage tank and said multi-way outlet valve;
- una seconda tubazione di raccordo tra detto serbatoio freddo di accumulo termico e detta valvola di ingresso a più vie; - a second connecting pipe between said cold storage tank and said multi-way inlet valve;
il metodo essendo caratterizzato dal fatto che: the method being characterized by the fact that:
- comprende almeno un serbatoio ausiliario di stoccaggio atto a contenere un fluido termovettore ausiliario e dotato di pompa ausiliaria di circolazione ; - it comprises at least one auxiliary storage tank adapted to contain an auxiliary heat-carrying fluid and equipped with an auxiliary circulation pump;
- detto almeno un serbatoio ausiliario di stoccaggio à ̈ connesso tra detta valvola di entrata e detta valvola di uscita; - said at least one auxiliary storage tank is connected between said inlet valve and said outlet valve;
- un sistema di riscaldamento ausiliario, preferibilmente elettrico,· - an auxiliary heating system, preferably electric,
- vengono effettuate le seguenti fasi per una stringa di detta almeno una stringa: - the following steps are carried out for a string of said at least one string:
A. pre-riscaldamento di detto almeno un serbatoio ausiliario di stoccaggio, tramite detto sistema di riscaldamento ausiliario, ad una temperatura maggiore o uguale a Tcold;A. pre-heating of said at least one auxiliary storage tank, by means of said auxiliary heating system, to a temperature greater than or equal to Tcold;
B. riempimento di detto almeno un serbatoio ausiliario di stoccaggio con detto fluido termovettore ausiliario; B. filling said at least one auxiliary storage tank with said auxiliary heat transfer fluid;
C. isolamento di detta stringa da dette prima e seconda tubazione di raccordo tramite chiusura selettiva di dette valvola di entrata e valvola di uscita a più vie, creando così un circuito chiuso costituito dalla stringa e da detto almeno un serbatoio ausiliario di stoccaggio; C. isolation of said string from said first and second connecting pipes by selective closing of said inlet valve and multi-way outlet valve, thus creating a closed circuit consisting of the string and said at least one auxiliary storage tank;
D. circolazione del fluido termovettore ausiliario in detto circuito chiuso, fino ad ottenere un fluido termovettore con composizione tale da presentare una temperatura di inizio solidificazione T'solid< D. circulation of the auxiliary heat-carrying fluid in said closed circuit, until a heat-carrying fluid is obtained with a composition such as to have an initial solidification temperature T'solid <
Tsolid; Tsolid;
F. avviamento delle operazioni di manutenzione della stringa, secondo le seguenti sottofasi: F. start of the string maintenance operations, according to the following sub-phases:
FI. con detto almeno un tubo ricevitore fuori fuoco e detta pompa ausiliaria spenta, svuotamento delle tubazioni di entrata e di uscita e dei tubi ricevitori di detto circuito chiuso attraverso la caduta per gravità del fluido termovettore ausiliario in detto almeno un serbatoio ausiliario di stoccaggio,· FI. with said at least one receiver pipe out of focus and said auxiliary pump off, emptying of the inlet and outlet pipes and of the receiver pipes of said closed circuit through the gravity fall of the auxiliary heat transfer fluid into said at least one auxiliary storage tank,
F2. effettuazione della manutenzione, mantenendo detto almeno un serbatoio ausiliario di stoccaggio ad una temperatura T'solid+ ΔTsicur, ATaicuressendo una differenza di temperatura di sicurezza; F2. carrying out maintenance, keeping said at least one auxiliary storage tank at a temperature T'solid + Î ”Tsicur, A ensuring a safety temperature difference;
H. pre-riscaldamento di detto almeno un tubo ricevitore e di dette tubazioni di entrata ed uscita, alla temperatura T'solid+ ΔTsicur, tramite detto sistema di riscaldamento ausiliario; H. pre-heating of said at least one receiver pipe and of said inlet and outlet pipes, to the temperature T'solid + Î ”Tsicur, by means of said auxiliary heating system;
I. pompaggio del fluido termovettore ausiliario in detto circuito chiuso; I. pumping the auxiliary heat transfer fluid into said closed circuit;
L. posizionamento di detto almeno un tubo ricevitore a fuoco; L. positioning of said at least one receiving tube in focus;
M. apertura selettiva della valvola di uscita in modo tale da connettere detta tubazione di uscita a detta prima tubazione di raccordo e chiusura selettiva della stessa valvola di uscita in modo tale da sconnettere detto almeno un serbatoio ausiliario di stoccaggio da detta tubazione di uscita; M. selective opening of the outlet valve in such a way as to connect said outlet pipe to said first connecting pipe and selective closing of said outlet valve in such a way as to disconnect said at least one auxiliary storage tank from said outlet pipe;
N. svuotamento de detto almeno un serbatoio ausiliario di stoccaggio,· No emptying of said at least one auxiliary storage tank,
O. apertura selettiva di detta valvola di entrata e chiusura selettiva di detta valvola di entrata, in modo tale da isolare detto almeno un serbatoio ausiliario di stoccaggio; O. selective opening of said inlet valve and selective closing of said inlet valve, so as to isolate said at least one auxiliary storage tank;
P. spegnimento di detta pompa ausiliaria di circolazione. P. shutdown of said auxiliary circulation pump.
Preferibilmente secondo l'invenzione, detto fluido termovettore ausiliario à ̈ il fluido termovettore, e simultaneamente alla fase D viene eseguita la seguente fase: Preferably according to the invention, said auxiliary heat-carrying fluid is the heat-carrying fluid, and the following step is performed simultaneously with phase D:
E. decomposizione termica dei nitrati in nitriti secondo la reazione; E. thermal decomposition of nitrates into nitrites according to the reaction;
MNO3= MNO2+ 0,5 O2MNO3 = MNO2 + 0.5 O2
dove M Ã ̈ scelto nel gruppo costituito da: Na, K, fino all'ottenimento di una concentrazione prestabilita di nitriti nel fluido termovettore ausiliario, a cui corrisponde una temperatura di inizio solidificazione T'solid; where M is selected from the group consisting of: Na, K, until a predetermined concentration of nitrites in the auxiliary heat-carrying fluid is obtained, to which a solidification start temperature T'solid corresponds;
e dal fatto di eseguire, simultaneamente alla fase I, la seguente fase: and by carrying out, simultaneously with phase I, the following phase:
J. in detto almeno un serbatoio ausiliario di stoccaggio viene favorita una parziale o totale ossidazione dei nitriti in nitrati, con la seguente reazione inversa rispetto alla fase E: J. in said at least one auxiliary storage tank a partial or total oxidation of nitrites into nitrates is favored, with the following inverse reaction with respect to phase E:
MNO2+ 0,5 O2 »MNO3MNO2 + 0.5 O2 »MNO3
dove M Ã ̈ Na o K. where M is Na or K.
Preferibilmente secondo l'invenzione, la fase E Ã ̈ realizzata tramite flussaggio di detto fluido termovettore ausiliario con azoto e aria, oppure tramite aspirazione dell'ossigeno prodotto e mantenimento di una temperatura compresa tra Tcolde Thotin detto almeno un serbatoio ausiliario di stoccaggio ad una pressione compresa tra 1 e 10 atm. Preferably according to the invention, phase E is carried out by flushing said auxiliary heat transfer fluid with nitrogen and air, or by sucking the oxygen produced and maintaining a temperature between Tcolde and Thotin, said at least one auxiliary storage tank at a pressure between 1 and 10 atm.
Preferibilmente secondo l'invenzione, la fase J Ã ̈ realizzata tramite polmonazione con ossigeno o aria a 1-10 atm. Preferably according to the invention, phase J is carried out by blanketing with oxygen or air at 1-10 atm.
Preferibilmente secondo l'invenzione, contemporaneamente alla fase J, la temperatura di detto circuito chiuso viene gradualmente aumentata e riportata sostanzialmente a Tcold, preferibilmente usando a tal fine la potenza del collettore parabolico lineare in inseguimento. Preferably according to the invention, simultaneously with phase J, the temperature of said closed circuit is gradually increased and substantially brought back to Tcold, preferably using for this purpose the power of the linear parabolic collector in tracking.
Preferibilmente secondo l'invenzione, la percentuale in peso finale dei nitriti nel fluido termovettore ausiliario à ̈ compresa tra 0,1 e 0,9. Preferably according to the invention, the final weight percentage of the nitrites in the auxiliary heat transfer fluid is comprised between 0.1 and 0.9.
Preferibilmente secondo l'invenzione, detto fluido termovettore ausiliario à ̈ il fluido termovettore, e simultaneamente alla fase D viene eseguita la seguente fase : Preferably according to the invention, said auxiliary heat-carrying fluid is the heat-carrying fluid, and the following step is performed simultaneously with phase D:
E' . aggiunta di nitriti, in polvere o come fuso, in detto almeno un serbatoio ausiliario di stoccaggio, fino ad ottenere in tutto il circuito chiuso una concentrazione di nitriti pre-definita, compresa tra 0,1 e 0,9 come percentuale in peso, a cui corrisponde detta temperatura di solidificazione T'solidper detto fluido termovettore ausiliario; AND' . addition of nitrites, in powder or as melt, in said at least one auxiliary storage tank, until a pre-defined concentration of nitrites is obtained in the whole closed circuit, between 0.1 and 0.9 as a percentage by weight, corresponding to said solidification temperature T'solid for said auxiliary heat transfer fluid;
e dal fatto che, simultaneamente alla fase I, la temperatura del circuito viene gradualmente aumentata e riportata a Tcold, usando preferibilmente la potenza del collettore parabolico lineare in inseguimento a partire dalla fase L. and by the fact that, simultaneously with phase I, the temperature of the circuit is gradually increased and brought back to Tcold, preferably using the power of the linear parabolic collector in tracking starting from phase L.
Preferibilmente secondo l'invenzione, nella fase B si riempie parzialmente detto almeno un serbatoio ausiliario di stoccaggio, o di fluido termovettore proveniente dal serbatoio caldo di accumulo termico attraverso detta prima tubazione di raccordo, tramite l'apertura di detta valvola di uscita a più vie, o di fluido termovettore proveniente dal serbatoio freddo di accumulo termico attraverso detta seconda tubazione di raccordo, tramite l'apertura di detta valvola di entrata a più vie, fino a costituire il quantitativo di fluido sufficiente a riempire la stringa, le tubazioni di uscita e entrata, e a garantire un battente in detto almeno un serbatoio ausiliario di stoccaggio idoneo al funzionamento ottimale di detta pompa ausiliaria di circolazione . Preferably according to the invention, in phase B said at least one auxiliary storage tank is partially filled, or with heat transfer fluid coming from the hot thermal storage tank through said first connecting pipe, by opening said multi-way outlet valve , or of heat-carrying fluid coming from the cold storage tank through said second connecting pipe, through the opening of said multi-way inlet valve, until the quantity of fluid sufficient to fill the string, the outlet pipes and inlet, and to ensure a head in said at least one auxiliary storage tank suitable for the optimal operation of said auxiliary circulation pump.
Preferibilmente secondo l'invenzione, prima della fase C si riempie parzialmente detto almeno un serbatoio ausiliario di stoccaggio con un fluido termovettore ausiliario contenente una miscela di nitrati e nitriti MNO3-MNO2o contenente nitrati MNO3, in cui M Ã ̈ scelto nel gruppo costituito da cationi alcalino o alcalino terrosi, e dal fatto di eseguire successivamente le seguenti ulteriori fasi prima della fase C: Preferably according to the invention, before phase C said at least one auxiliary storage tank is partially filled with an auxiliary heat transfer fluid containing a mixture of nitrates and nitrites MNO3-MNO2o containing nitrates MNO3, in which M is selected from the group consisting of cations alkaline or alkaline earth, and by subsequently carrying out the following additional steps before phase C:
C1. apertura di detta valvola di ingresso a più vie in modo tale da escludere detto serbatoio freddo di accumulo termico e da ammettere in entrata ai tubi ricevitori il fluido termovettore ausiliario da detto almeno un serbatoio ausiliario di stoccaggio, C1. opening of said multi-way inlet valve in such a way as to exclude said cold storage tank and to admit the auxiliary heat transfer fluid from said at least one auxiliary storage tank to the receiving pipes,
C2. apertura selettiva di detta valvola di uscita a più vie in modo tale da connettere detta tubazione di uscita a detta prima tubazione di raccordo, C3. pompaggio del fluido termovettore ausiliario nelle tubazioni della stringa, fino ad ottenere la completa fuoriuscita del fluido termovettore, che viene inviato a detto almeno un serbatoio caldo di accumulo termico, C2. selective opening of said multi-way outlet valve in such a way as to connect said outlet pipe to said first connecting pipe, C3. pumping of the auxiliary heat-carrying fluid into the piping of the string, until the complete outflow of the heat-carrying fluid, which is sent to said at least one hot heat storage tank,
e dal fatto che le fasi L, M, N, vengono eseguite successivamente alla fase O. and by the fact that the phases L, M, N are carried out after the phase O.
Preferibilmente secondo l'invenzione, prima della fase C si riempie parzialmente detto almeno un serbatoio ausiliario di stoccaggio tramite connessione ad una autocisterna o ad un serbatoio fisso, e nella fase N detto almeno un serbatoio ausiliario di stoccaggio à ̈ svuotato in detta autocisterna o detto serbatoio fisso. Preferably according to the invention, before phase C said at least one auxiliary storage tank is partially filled through connection to a tanker or to a fixed tank, and in phase N said at least one auxiliary storage tank is emptied into said tanker or said fixed tank.
Preferibilmente secondo l'invenzione, si utilizza una miscela di nitrati e nitriti LiNO3-LiNO2o contenente nitrati LiNO3. Preferably according to the invention, a mixture of LiNO3-LiNO2o nitrates and nitrites containing LiNO3 nitrates is used.
Preferibilmente secondo l'invenzione, durante le fasi M e/o O, la temperatura di detto circuito chiuso viene gradualmente aumentata e riportata a circa Tcold, usando preferibilmente la potenza del collettore solare parabolico lineare in inseguimento. Preferably according to the invention, during the phases M and / or O, the temperature of said closed circuit is gradually increased and brought back to about Tcold, preferably using the power of the linear parabolic solar collector in pursuit.
Preferibilmente secondo l'invenzione, il fluido termovettore à ̈ una miscela di nitrati alcalini con frazione in peso di ciascuno dei componenti à ̈ compresa tra 0,1 e 0,9. Preferably according to the invention, the heat transfer fluid is a mixture of alkaline nitrates with a weight fraction of each of the components ranging from 0.1 to 0.9.
Preferibilmente secondo l'invenzione, Tcoldà ̈ compresa tra 270 e 310 °C, Thotà ̈ compresa tra 530 e 620 °C, e T'Solidà ̈ compresa tra 100 e 150°C. Preferably according to the invention, Tcoldà is between 270 and 310 ° C, Thotà is between 530 and 620 ° C, and T'Solidà is between 100 and 150 ° C.
E' ulteriore oggetto della presente invenzione un impianto solare termodinamico a collettori parabolici lineari che comprende: A further object of the present invention is a thermodynamic solar system with linear parabolic collectors which comprises:
- almeno una stringa, ciascuna comprendente: - at least one string, each comprising:
- almeno un collettore parabolico lineare, - at least one linear parabolic collector,
- almeno un tubo ricevitore, posto nel fuoco di detto collettore parabolico lineare, nel quale scorre un fluido termovettore a base di una miscela di almeno due sali fusi costituiti da nitrati ed avente una temperatura di solidificazione Tsolid; - at least one receiver tube, placed in the focus of said linear parabolic collector, in which flows a heat transfer fluid based on a mixture of at least two molten salts consisting of nitrates and having a Tsolid solidification temperature;
- almeno un serbatoio caldo di accumulo termico ad una temperatura Thot; - at least one hot thermal storage tank at a Thot temperature;
- almeno un serbatoio freddo di accumulo termico ad una temperatura Tcold; - at least one cold storage tank at a Tcold temperature;
- una rete di tubazioni comprendente: - a network of pipes including:
- una tubazione di uscita dalla stringa che si connette ad una valvola di uscita a più vie; - una tubazione di entrata nella stringa che si connette ad una valvola di ingresso a più vie; - una prima tubazione di raccordo tra detto serbatoio caldo di accumulo termico e detta valvola di uscita a più vie; - an outlet pipe from the string that connects to a multi-way outlet valve; - an inlet pipe in the string that connects to a multi-way inlet valve; - a first connecting pipe between said hot storage tank and said multi-way outlet valve;
- una seconda tubazione di raccordo tra detto serbatoio freddo di accumulo termico e detta valvola di ingresso a più vie; - a second connecting pipe between said cold storage tank and said multi-way inlet valve;
l'impianto essendo caratterizzato dal fatto che: the plant being characterized by the fact that:
- comprende almeno un serbatoio ausiliario di stoccaggio comprendente un fluido termovettore ausiliario e dotato di pompa ausiliaria di circolazione; - comprises at least one auxiliary storage tank comprising an auxiliary heat-carrying fluid and equipped with an auxiliary circulation pump;
- detto almeno un serbatoio ausiliario di stoccaggio à ̈ connesso tra detta valvola di entrata e detta valvola di uscita; - said at least one auxiliary storage tank is connected between said inlet valve and said outlet valve;
- comprende un sistema di riscaldamento ausiliario, preferibilmente elettrico; - comprises an auxiliary heating system, preferably electric;
essendo ulteriormente compresa una unità elettronica di gestione di dette valvole di entrata e di uscita a più vie, nonché di detta pompa ausiliaria di circolazione, e di detto sistema ausiliario di riscaldamento, in modo da azionarli secondo le fasi del metodo oggetto dell'invenzione. further comprising an electronic unit for managing said multi-way inlet and outlet valves, as well as said auxiliary circulation pump, and said auxiliary heating system, so as to operate them according to the steps of the method object of the invention .
L'invenzione verrà ora descritta a titolo illustrativo ma non limitativo, con particolare riferimento ai disegni delle figure allegate, in cui: The invention will now be described for illustrative but not limitative purposes, with particular reference to the drawings of the attached figures, in which:
- la figura 1 mostra uno schema di funzionamento degli attuali impianti solari termodinamici a collettori parabolici lineari utilizzanti sali fusi come fluido termovettore; - figure 1 shows an operating diagram of the current thermodynamic solar systems with linear parabolic collectors using molten salts as heat transfer fluid;
- la figura 2 mostra uno schema tradizionale del circuito associato a ciascuna stringa dell'impianto di figura 1; Figure 2 shows a traditional diagram of the circuit associated with each string of the system of Figure 1;
- la figura 3 mostra uno schema del circuito utilizzato per le operazioni di svuotamento e caricamento di un impianto solare termodinamico a collettori parabolici lineari in una sua prima e seconda modalità secondo l'invenzione; e Figure 3 shows a diagram of the circuit used for the emptying and filling operations of a thermodynamic solar plant with linear parabolic collectors in a first and second mode thereof according to the invention; And
- la figura 4 mostra uno schema del circuito utilizzato per le operazioni di svuotamento e caricamento di un impianto solare termodinamico a collettori parabolici lineari in una terza modalità secondo l'invenzione. - figure 4 shows a diagram of the circuit used for the emptying and filling operations of a thermodynamic solar system with linear parabolic collectors in a third mode according to the invention.
La soluzione secondo l'invenzione prevede l'aggiunta di nitriti, preferibilmente sodio o potassio, o di nitrato di litio alla miscela binaria, il cui effetto à ̈ una modifica delle proprietà chimicofisiche, con un sostanziale abbassamento della temperatura di inizio solidificazione della miscela originaria (Tsolid=100÷150°C). La modulazione delle proprietà termiche della miscela di sali fusi viene realizzata attraverso la modifica della composizione della miscela per effetto della seguente reazione, nell'intervallo di temperatura T = 430÷600°C: The solution according to the invention provides for the addition of nitrites, preferably sodium or potassium, or lithium nitrate to the binary mixture, the effect of which is a modification of the chemical-physical properties, with a substantial lowering of the initial solidification temperature of the original mixture. (Tsolid = 100 ° 150 ° C). The modulation of the thermal properties of the mixture of molten salts is achieved through the modification of the composition of the mixture due to the following reaction, in the temperature range T = 430 ° 600 ° C:
MNO3= MNO20,5 O2(con M = Na, K, Li) (R1) MNO3 = MNO20.5 O2 (with M = Na, K, Li) (R1)
La presenza in soluzione di una quantità sensibile di nitriti (frazione molare da 0,1 a 0,9) o di nitrato di Li (frazione molare da 0,1 a 0,9) permette di svuotare le stringhe 10 anche in presenza di punti freddi non prevedibili e non rilevabili. Sebbene qui si parli in modo esemplificativo di miscela binaria, la presente invenzione à ̈ applicabile anche a miscele a più componenti . The presence in solution of a significant quantity of nitrites (molar fraction from 0.1 to 0.9) or of Li nitrate (molar fraction from 0.1 to 0.9) allows to empty the strings 10 even in the presence of dots unpredictable and undetectable colds. Although here we speak as an example of a binary mixture, the present invention is also applicable to mixtures with several components.
Tale operazione di modifica della composizione della miscela di partenza, contenente nitrati di Na e K, viene effettuata in concomitanza delle operazioni di fermata delle singole stringhe 10 e può essere realizzata in tre possibili modalità . This modification of the composition of the starting mixture, containing nitrates of Na and K, is carried out in conjunction with the stop operations of the individual strings 10 and can be carried out in three possible ways.
Per realizzare le operazioni di svuotamento del sistema, il serbatoio ausiliario di stoccaggio à ̈ posto tra le valvole A e B che ora devono essere almeno a tre vie. To carry out the system emptying operations, the auxiliary storage tank is placed between valves A and B which must now be at least three-way.
Seguendo lo schema di figura 3, la prima modalità operativa consiste nella conversione dei nitrati in nitriti secondo le seguenti fasi: Following the diagram in figure 3, the first operating mode consists in the conversion of nitrates into nitrites according to the following steps:
a. pre-riscaldamento di un serbatoio ausiliario di stoccaggio 9 tramite un sistema di riscaldamento elettrico ausiliario (non mostrato); to. pre-heating of an auxiliary storage tank 9 by means of an auxiliary electric heating system (not shown);
b. riempimento parziale del serbatoio ausiliario di stoccaggio 9, o di fluido termovettore 4 caldo proveniente dal serbatoio caldo 30 attraverso le tubazioni di uscita 410 a 550÷600°C, tramite l'apertura delle valvole A1-A2, o di fluido termovettore 4 freddo proveniente dal serbatoio freddo 40 a 290°C attraverso le tubazioni di entrata 420, tramite l'apertura delle valvole B1-B2, fino a costituire il quantitativo di fluido sufficiente a riempire la stringa 10, le linee 431 e 432, e a garantire un battente nel serbatoio 9 idoneo al funzionamento ottimale della pompa ausiliaria di circolazione; b. partial filling of the auxiliary storage tank 9, or with hot heat transfer fluid 4 coming from the hot tank 30 through the outlet pipes 410 at 550 ° 600 ° C, by opening the valves A1-A2, or with cold heat transfer fluid 4 coming from the cold tank 40 to 290 ° C through the inlet pipes 420, through the opening of the valves B1-B2, until the quantity of fluid is formed to fill the string 10, the lines 431 and 432, and to guarantee a head in the tank 9 suitable for optimal operation of the auxiliary circulation pump;
c. isolamento della stringa 10 dalle tubazioni di uscita 410 e entrata 420 tramite la chiusura delle valvole A1 e B2; c. isolation of the string 10 from the outlet pipes 410 and inlet 420 by closing the valves A1 and B2;
d. circolazione del fluido termovettore 4 nel circuito costituito dalla stringa 10 e dal serbatoio ausiliario di stoccaggio 9; d. circulation of the heat-carrying fluid 4 in the circuit consisting of the string 10 and the auxiliary storage tank 9;
e. simultanea decomposizione termica dei nitrati in nitriti secondo la reazione: And. simultaneous thermal decomposition of nitrates into nitrites according to the reaction:
MNO3= MNO2+ 0,5 O2(M = Na, K, Li) MNO3 = MNO2 + 0.5 O2 (M = Na, K, Li)
mediante : by:
e1. flussaggio con azoto e aria; o and1. flushing with nitrogen and air; or
e2 . aspirazione dell'ossigeno prodotto e mantenimento della temperatura nel serbatoio ausiliario di stoccaggio 9 nell'intervallo 290÷600°C (Tcold÷Thot)/preferibilmente 430÷600 “C; and2. aspiration of the oxygen produced and maintenance of the temperature in the auxiliary storage tank 9 in the range 290à · 600 ° C (Tcoldà · Thot) / preferably 430à · 600 â € œC;
tale reazione viene portata avanti fino all'ottenimento della concentrazione stabilita di nitriti nella miscela, a cui corrisponde (nell'esempio specifico) una temperatura di congelamento pari a circa 150°C (T'solid). L'andamento della reazione può essere monitorato attraverso la misura dell'ossigeno prodotto nel serbatoio di stoccaggio 9. Il calore necessario per mantenere il processo può essere generato mantenendo il collettore solare 2 in produzione (collettore in inseguimento solare), o attraverso il sistema di riscaldamento elettrico ausiliario, presente nel serbatoio ausiliario di stoccaggio 9 stesso. this reaction is carried out until the established concentration of nitrites in the mixture is obtained, which corresponds (in the specific example) to a freezing temperature equal to about 150 ° C (T'solid). The progress of the reaction can be monitored by measuring the oxygen produced in the storage tank 9. The heat necessary to maintain the process can be generated by keeping the solar collector 2 in production (solar tracking collector), or through the auxiliary electric heating, present in the auxiliary storage tank 9 itself.
f. Avviamento delle operazioni di manutenzione della stringa 10: f. Start of maintenance operations on string 10:
fi. abbassamento della temperatura, facendo circolare il fluido termovettore modificato nel collettore solare 2 fuori fuoco fino al raggiungimento del nuovo valore limite (T'solid+ΔTsicur); fi. lowering of the temperature by circulating the modified heat transfer fluid in the out-of-focus solar collector 2 until reaching the new limit value (T'solid + Î ”Tsicur);
f2. entrata in funzione del sistema di riscaldamento elettrico ausiliario per il riscaldamento delle tubazioni (linee) ed il ricevitore; con il sistema secondo l'invenzione la temperatura del fluido à ̈ più bassa e quindi si consuma meno energia per tale riscaldamento; f2. entry into operation of the auxiliary electric heating system for heating the pipes (lines) and the receiver; with the system according to the invention the temperature of the fluid is lower and therefore less energy is consumed for such heating;
f3. svuotamento per gravità del collettore solare in condizioni di massima sicurezza rispetto al congelamento dei sali, anche in presenza dei 'punti freddi' indesiderati, per effetto delle modifiche intervenute nella composizione della miscela di sali fusi; g. stoccaggio del fluido termovettore modificato nel serbatoio ausiliario di stoccaggio 9 a temperatura pari al nuovo valore limite (T'solidΔTsicur) ;f3. gravity emptying of the solar collector in conditions of maximum safety with respect to the freezing of salts, even in the presence of unwanted 'cold spots', due to changes in the composition of the mixture of molten salts; g. storage of the modified heat transfer fluid in the auxiliary storage tank 9 at a temperature equal to the new limit value (T'solidÎ ”Tsicur);
h. pre-riscaldamento dei tubi collettori 3 e delle tubazioni di collegamento 431,432 con il sistema di riscaldamento elettrico ausiliario; h. pre-heating of the manifold pipes 3 and of the connecting pipes 431,432 with the auxiliary electric heating system;
i. il fluido termovettore modificato viene pompato nei tubi collettori 3 della stringa 10, ancora una volta in condizioni di massima sicurezza rispetto al congelamento dei sali, e nuovamente messo in circolazione nel circuito chiuso stringa 10 the. the modified heat transfer fluid is pumped into the collector tubes 3 of the string 10, once again in conditions of maximum safety with respect to the freezing of the salts, and again put into circulation in the closed circuit string 10
serbatoio ausiliario di stoccaggio 9; auxiliary storage tank 9;
j. simultaneamente nel serbatoio ausiliario di stoccaggio 9 viene favorita l'ossidazione dei nitriti in nitrati (reazione inversa rispetto alla fase e): j. simultaneously in the auxiliary storage tank 9 the oxidation of nitrites into nitrates is favored (inverse reaction with respect to phase e):
MNO20,5 O2= MNO3(M = Na, K, Li) MNO20.5 O2 = MNO3 (M = Na, K, Li)
mediante polmonazione con ossigeno o aria a bassamedia pressione (1-10 atm). Anche in questo caso l'andamento della reazione può essere monitorato attraverso la misura dell'ossigeno consumato nel serbatoio 9; by blanketing with oxygen or low-medium pressure air (1-10 atm). Also in this case the reaction trend can be monitored by measuring the oxygen consumed in the tank 9;
k. la temperatura del circuito viene gradualmente aumentata e riportata a circa 290°C (Tcold) in concomitanza con il ripristino completo della composizione iniziale della miscela con soli nitrati, usando se possibile la potenza del collettore solare 2 in inseguimento; k. the circuit temperature is gradually increased and brought back to about 290 ° C (Tcold) in concomitance with the complete restoration of the initial composition of the mixture with nitrates only, using if possible the power of the solar collector 2 in pursuit;
1. la stringa 10 viene messa in condizione di produzione con inseguimento solare a fuoco del collettore 2, con temperatura di uscita nominale 550-600°C <Thot) ;1. string 10 is put in production condition with solar tracking in focus of collector 2, with nominal outlet temperature 550-600 ° C <Thot);
m. apertura delle valvole A0-A1 di connessione alle tubazioni di ritorno al serbatoio caldo di accumulo termico 5 (tubazioni 410 a 550÷600°C) e chiusura della valvola A2; m. opening of the valves A0-A1 for connection to the return pipes to the hot storage tank 5 (pipes 410 at 550à · 600 ° C) and closing of valve A2;
n. svuotamento del serbatoio ausiliario di stoccaggio 9; n. emptying the auxiliary storage tank 9;
o. quando à ̈ stato raggiunto nel serbatoio ausiliario 9 il livello fissato, apertura delle valvole B0-B2 e chiusura delle valvole B1, ripristinando la circolazione ordinaria nella stringa 10, isolando così il serbatoio ausiliario di stoccaggio 9; p. spegnimento della pompa ausiliaria di circolazione. or. when the fixed level has been reached in the auxiliary tank 9, opening of the valves B0-B2 and closing of the valves B1, restoring the ordinary circulation in the string 10, thus isolating the auxiliary storage tank 9; p. switching off of the auxiliary circulation pump.
Seguendo sempre lo schema di figura 3, la seconda modalità operativa consiste nell'aggiunta di nitriti alla miscela, secondo le seguenti fasi: Always following the diagram in figure 3, the second operating mode consists in adding nitrites to the mixture, according to the following steps:
a. pre-riscaldamento del serbatoio ausiliario di stoccaggio 9, tramite il sistema di riscaldamento elettrico ausiliario; to. pre-heating of the auxiliary storage tank 9, by means of the auxiliary electric heating system;
b. riempimento parziale del serbatoio ausiliario di stoccaggio 9, o di fluido termovettore 4 caldo proveniente dal serbatoio caldo 30 attraverso le tubazioni 410 a 550÷600°C, tramite l'apertura delle valvole A1-A2, o di fluido termovettore 4 freddo proveniente dal serbatoio freddo 40 attraverso la linea sali di entrata 420 a 290°C, tramite l'apertura delle valvole B1-B2, fino a costituire il quantitativo di fluido sufficiente al funzionamento ottimale della pompa ausiliaria di circolazione; b. partial filling of the auxiliary storage tank 9, or with hot heat transfer fluid 4 coming from the hot tank 30 through the pipes 410 at 550 ° 600 ° C, by opening the valves A1-A2, or with cold heat transfer fluid 4 coming from the tank cold 40 through the inlet salt line 420 at 290 ° C, by opening the valves B1-B2, until the quantity of fluid sufficient for optimal operation of the auxiliary circulation pump is formed;
c. isolamento della stringa 10 dalle tubazioni di uscita 410 e entrata 420 tramite la chiusura delle valvole A1 e B2; c. isolation of the string 10 from the outlet pipes 410 and inlet 420 by closing the valves A1 and B2;
d. circolazione del fluido termovettore 4 nel circuito costituito dalla stringa 10 e dal serbatoio ausiliario di stoccaggio 9; d. circulation of the heat carrier fluid 4 in the circuit consisting of the string 10 and the auxiliary storage tank 9;
e' . simultanea aggiunta di nitriti (in polvere o come fuso) nel serbatoio ausiliario di stoccaggio 9, fino ad ottenere in tutto il circuito stringa 10 -serbatoio ausiliario di stoccaggio 9 la concentrazione di nitriti desiderata, a cui corrisponde una temperatura di solidificazione pari a circa 100-150°C (T'solid)· La potenza necessaria per fondere i nitriti può essere generata mantenendo il collettore solare 2 in produzione (collettore in inseguimento solare) , o attraverso il sistema di riscaldamento elettrico ausiliario, presente nel serbatoio ausiliario di stoccaggio 9 stesso,· And' . simultaneous addition of nitrites (in powder or as melt) in the auxiliary storage tank 9, until the desired concentration of nitrites is obtained in the whole string circuit 10 - auxiliary storage tank 9, corresponding to a solidification temperature of about 100 -150 ° C (T'solid) The power needed to melt the nitrites can be generated by keeping the solar collector 2 in production (collector in solar tracking), or through the auxiliary electric heating system, present in the auxiliary storage tank 9 same,·
f. Avviamento delle operazioni di manutenzione della stringa 10 : f. Start of maintenance operations on string 10:
f1. abbassamento della temperatura, facendo contemporaneamente circolare il fluido termovettore modificato nel collettore solare 2 fuori fuoco fino al raggiungimento del nuovo valore limite (T'solid+ΔTsicur); f1. lowering of the temperature, while at the same time circulating the modified heat transfer fluid in the out-of-focus solar collector 2 until reaching the new limit value (T'solid + Î ”Tsicur);
f2. entrata in funzione del sistema di riscaldamento elettrico ausiliario per il riscaldamento delle tubazioni (linee) ed il ricevitore; con il sistema secondo l'invenzione la temperatura del fluido à ̈ più bassa e quindi si consuma meno energia per tale riscaldamento; f2. entry into operation of the auxiliary electric heating system for heating the pipes (lines) and the receiver; with the system according to the invention the temperature of the fluid is lower and therefore less energy is consumed for such heating;
f3. svuotamento per gravità del tubo collettore 3 in condizioni di massima sicurezza rispetto al congelamento dei sali, anche in presenza dei 'punti freddi' indesiderati, per effetto delle modifiche intervenute nella composizione della miscela di sali fusi; g. stoccaggio del fluido termovettore modificato nel serbatoio ausiliario di stoccaggio 9 ad una temperatura pari al nuovo valore limite (T'solid+ΔTsicur); f3. gravity emptying of the collector tube 3 in conditions of maximum safety with respect to the freezing of salts, even in the presence of unwanted 'cold spots', due to the changes in the composition of the mixture of molten salts; g. storage of the modified heat transfer fluid in the auxiliary storage tank 9 at a temperature equal to the new limit value (T'solid + Î ”Tsicur);
h. pre-riscaldamento del tubo collettore 3 e delle tubazioni di collegamento 431,432 con il sistema di riscaldamento elettrico ausiliario; h. pre-heating of the collector pipe 3 and of the connecting pipes 431,432 with the auxiliary electric heating system;
i. il fluido termovettore modificato viene pompato nei tubi collettori 3 della stringa 10, ancora una volta in condizioni di massima sicurezza rispetto al congelamento dei sali, e nuovamente messo in circolazione nel circuito chiuso stringa 10 serbatoio ausiliario di stoccaggio 9; the. the modified heat-carrying fluid is pumped into the collector tubes 3 of the string 10, once again in conditions of maximum safety with respect to the freezing of the salts, and again put into circulation in the closed circuit string 10 auxiliary storage tank 9;
k' . la temperatura del circuito viene gradualmente aumentata e riportata a circa 290°C (Tcold), usando se possibile la potenza del collettore solare 2 in inseguimento ; k '. the temperature of the circuit is gradually increased and brought back to about 290 ° C (Tcold), using if possible the power of the solar collector 2 in pursuit;
1. la stringa 10 viene messa in condizione di produzione con inseguimento solare a fuoco del collettore 2, con temperatura di uscita nominale 550-600°C; 1. the string 10 is put in production condition with solar tracking in focus of the collector 2, with nominal output temperature 550-600 ° C;
m. apertura delle valvole A0-A1 di connessione alle tubazioni di ritorno al serbatoio caldo di accumulo termico 30 (tubazioni 410 a 550÷600°C) e chiusura della valvola A2; m. opening of the valves A0-A1 for connection to the return pipes to the hot storage tank 30 (pipes 410 at 550à · 600 ° C) and closure of valve A2;
n. svuotamento del serbatoio ausiliario di stoccaggio 9; n. emptying the auxiliary storage tank 9;
o. quando à ̈ stato raggiunto nel serbatoio ausiliario 9 il livello fissato, apertura delle valvole B0-B2 e chiusura delle valvole B1, ripristinando la circolazione ordinaria nella stringa 10, isolando così il serbatoio ausiliario di stoccaggio 9; p. spegnimento della pompa ausiliaria di circolazione . or. when the fixed level has been reached in the auxiliary tank 9, opening of the valves B0-B2 and closing of the valves B1, restoring the ordinary circulation in the string 10, thus isolating the auxiliary storage tank 9; p. switching off of the auxiliary circulation pump.
La concentrazione finale dei nitriti, una volta che il fluido termovettore modificato entra in circolo nell'intero impianto 1, tende ad assestarsi al valore nominale dell'1% in peso per effetto della reazione: The final concentration of nitrites, once the modified heat transfer fluid enters the entire system 1, tends to settle at the nominal value of 1% by weight due to the reaction:
MNO2+ 0,5 O2= MNO3(M = Na, K, Li) MNO2 + 0.5 O2 = MNO3 (M = Na, K, Li)
che avviene spontaneamente fino al raggiungimento dell'equilibrio termodinamico. which occurs spontaneously until thermodynamic equilibrium is reached.
Seguendo lo schema di figura 4, la terza modalità operativa consiste nell'aggiunta di LiNO3, perché la presenza di Litio in miscela induce un rilevante abbassamento della temperatura di inizio solidificazione, e. g. 100°C, rendendo inutile la trasformazione dei nitrati in nitriti. Si effettuano le seguenti fasi: Following the scheme of figure 4, the third operative modality consists in the addition of LiNO3, because the presence of Lithium in the mixture induces a significant lowering of the starting solidification temperature, e. g. 100 ° C, making the transformation of nitrates into nitrites useless. The following steps are carried out:
a. pre-riscaldamento del serbatoio ausiliario di stoccaggio 9 tramite il sistema di riscaldamento elettrico ausiliario; to. pre-heating of the auxiliary storage tank 9 by means of the auxiliary electric heating system;
b" . riempimento parziale del serbatoio ausiliario di stoccaggio 9 riscaldato di un fluido termovettore ausiliario contenente una miscela di nitrati e nitriti MNO3-MNO2(con M = Na, K, Li, Ca) o contenente nitrati MNO3(con M = Na, K, Li, Ca) proveniente : b ". partial filling of the auxiliary storage tank 9 heated with an auxiliary heat transfer fluid containing a mixture of nitrates and nitrites MNO3-MNO2 (with M = Na, K, Li, Ca) or containing nitrates MNO3 (with M = Na, K , Li, Ca) coming from:
da un sistema di stoccaggio mobile 9', tipo autocisterna,· o by a 9 'mobile storage system, tanker type, · o
da un serbatoio fisso 9" connesso a tutte le stringhe 10 dell'impianto 1 attraverso una rete di distribuzione capillare. from a fixed tank 9 "connected to all the strings 10 of the system 1 through a capillary distribution network.
Il fluido termovettore ausiliario 4' viene pompato nel serbatoio ausiliario di stoccaggio 9 ad una temperatura corrispondente al valore limite (Tsolid+ATsicur) in una quantità sufficiente a garantire il riempimento del tubo collettore 3 e delle tubazioni 410 e 420, e a mantenere nel serbatoio 9 un battente idoneo al funzionamento ottimale della pompa ausiliaria di circolazione; w. pompaggio del fluido termovettore ausiliario 4' nelle tubazioni della stringa 10, tramite l'apertura delle valvole B1-B0 e la chiusura della valvola B2, fino ad ottenere la completa fuoriuscita del fluido termovettore 4 iniziale, che viene inviato al serbatoio caldo di accumulo termico 5 attraverso le tubazioni di uscita 410 a 550÷600°C, tramite l'apertura delle valvole A0-A1, che vengono azionate da un sistema di controllo che stabilisce il tempo di riempimento del circuito in funzione della portata del fluido ausiliario; The auxiliary heat transfer fluid 4 'is pumped into the auxiliary storage tank 9 at a temperature corresponding to the limit value (Tsolid + ATsicur) in a quantity sufficient to guarantee the filling of the collector pipe 3 and the pipes 410 and 420, and to maintain in the tank 9 a head suitable for optimal operation of the auxiliary circulation pump; w. pumping of the auxiliary heat transfer fluid 4 'into the pipes of the string 10, by opening the valves B1-B0 and closing the valve B2, until the initial heat-carrying fluid 4 is completely discharged, which is sent to the hot thermal storage tank 5 through the outlet pipes 410 at 550à · 600 ° C, by opening the valves A0-A1, which are activated by a control system that establishes the filling time of the circuit according to the flow rate of the auxiliary fluid;
c. riempite le linee di fluido termovettore ausiliario, isolamento della stringa 10 dalle tubazioni di entrata 420 e uscita 410, tramite chiusura delle valvole A1-A3 e B2-B3; c. filled the lines with auxiliary heat transfer fluid, isolating the string 10 from the inlet 420 and outlet 410 pipes, by closing the valves A1-A3 and B2-B3;
d". circolazione del fluido termovettore ausiliario nel circuito costituito dalla stringa 10 e dal serbatoio ausiliario di stoccaggio 9; d ". circulation of the auxiliary heat transfer fluid in the circuit consisting of the string 10 and the auxiliary storage tank 9;
f. Avviamento delle operazioni di manutenzione della stringa 10: f. Start of maintenance operations on string 10:
f1. abbassamento della temperatura, facendo circolare il fluido termovettore modificato nel collettore solare 2 fuori fuoco fino al raggiungimento del nuovo valore limite f1. lowering of the temperature by circulating the modified heat transfer fluid in the out-of-focus solar collector 2 until the new limit value is reached
(T'solid+ΔTsicur); (T'solid + Î ”Tsicur);
f2. entrata in funzione del sistema di riscaldamento elettrico ausiliario per il riscaldamento delle tubazioni (linee) ed il ricevitore; con il sistema secondo l'invenzione la temperatura del fluido à ̈ più bassa e quindi si consuma meno energia per tale riscaldamento; f2. entry into operation of the auxiliary electric heating system for heating the pipes (lines) and the receiver; with the system according to the invention the temperature of the fluid is lower and therefore less energy is consumed for such heating;
f3. svuotamento per gravità del collettore solare 3 in condizioni di massima sicurezza rispetto al congelamento dei sali, anche in presenza dei 'punti freddi' indesiderati, per effetto delle modifiche intervenute nella composizióne della miscela di sali fusi; g. stoccaggio del fluido termovettore modificato nel serbatoio ausiliario di stoccaggio 9 a temperatura pari al nuovo valore limite (T'solid+ATsicur); f3. gravity emptying of the solar collector 3 in conditions of maximum safety with respect to the freezing of salts, even in the presence of unwanted 'cold spots', due to changes in the composition of the mixture of molten salts; g. storage of the modified heat transfer fluid in the auxiliary storage tank 9 at a temperature equal to the new limit value (T'solid + ATsicur);
h. pre-riscaldamento del collettore solare 3 e delle tubazioni di collegamento 431,432 con il sistema di riscaldamento elettrico ausiliario; h. pre-heating of the solar collector 3 and of the connection pipes 431,432 with the auxiliary electric heating system;
i. il fluido termovettore modificato viene pompato nei tubi collettori 3 della stringa 10, ancora una volta in condizioni di massima sicurezza rispetto al congelamento dei sali, e nuovamente messo in circolazione nel circuito chiuso stringa 10 serbatoio ausiliario di stoccaggio 9; the. the modified heat-carrying fluid is pumped into the collector tubes 3 of the string 10, once again in conditions of maximum safety with respect to the freezing of the salts, and again put into circulation in the closed circuit string 10 auxiliary storage tank 9;
k" . la temperatura del circuito viene gradualmente aumentata e riportata a circa 290°C, usando se possibile la potenza del collettore solare 2 in inseguimento; k ". the temperature of the circuit is gradually increased and brought back to about 290 ° C, using if possible the power of the solar collector 2 in tracking;
l". la stringa 10 viene nuovamente connessa al resto dell'impianto 1 attraverso l'apertura delle valvole B2-B0 e la chiusura delle valvole B1-B3; m". contemporanea messa a fuoco dei tubi ricevitori 3, fino ad ottenere la temperatura nominale di uscita del fluido termovettore 4 operativo pari a 550-600 °C. Il fluido ausiliario, compresso dal fluido termovettore 4 operativo proveniente dal serbatoio freddo di accumulo termico 40 dell'impianto 1, attraversa la stringa 10 e confluisce nel serbatoio ausiliario di stoccaggio 9 attraverso le valvole A0-A2; l ". the string 10 is connected again to the rest of the system 1 by opening the valves B2-B0 and closing the valves B1-B3; m". simultaneous focusing of the receiver tubes 3, until the nominal outlet temperature of the operating heat transfer fluid 4 is equal to 550-600 ° C. The auxiliary fluid, compressed by the operating heat carrier fluid 4 coming from the cold heat storage tank 40 of the plant 1, passes through the string 10 and flows into the auxiliary storage tank 9 through the valves A0-A2;
n" . una volta riempita la stringa 10 di fluido termovettore 4 operativo, le valvole A0-A1 vengono aperte e le valvole A2-A3 vengono chiuse per ripristinare la connessione tramite le tubazioni di uscita 410 al serbatoio caldo di accumulo termico 30. Anche in questo caso le valvole A0-A1-A2-A3 sono azionate da un sistema di controllo che stabilisce il tempo di riempimento del circuito in funzione della portata del fluido termovettore 4 operativo; n ". once the string 10 has been filled with operating heat transfer fluid 4, the valves A0-A1 are opened and the valves A2-A3 are closed to restore the connection via the outlet pipes 410 to the hot thermal storage tank 30. Also in in this case, the valves A0-A1-A2-A3 are operated by a control system which establishes the filling time of the circuit as a function of the flow rate of the operating heat carrier fluid 4;
o" . il fluido termovettore ausiliario, temporaneamente immagazzinato nel serbatoio ausiliario di stoccaggio 9, viene quindi trasferito all'autocisterna 9' o pompato nel serbatoio fisso 9"; o ". the auxiliary heat transfer fluid, temporarily stored in the auxiliary storage tank 9, is then transferred to the tanker 9 'or pumped into the fixed tank 9";
p. isolamento del serbatoio ausiliario di stoccaggio 9 e spegnimento della pompa ausiliaria di circolazione . p. isolation of the auxiliary storage tank 9 and shutdown of the auxiliary circulation pump.
Con questa terza forma di realizzazione si riesce a recuperare il fluido termovettore ausiliario che à ̈ assai costoso. With this third embodiment it is possible to recover the auxiliary heat transfer fluid which is very expensive.
Con una qualsiasi delle tre forme realizzative descritte, rispetto alla tecnica nota, il sistema secondo l'invenzione riesce a rendere sicure le fasi di riempimento e di svuotamento delle stringhe di un sistema solare termodinamico parabolico lineare, riducendo così i costi operativi e massimizzando il tempo di produzione. With any of the three embodiments described, with respect to the known technique, the system according to the invention is able to make the filling and emptying phases of the strings of a linear parabolic thermodynamic solar system safe, thus reducing operating costs and maximizing the production time.
L'impianto solare termodinamico che realizza una qualsiasi forma di realizzazione del metodo sopra descritto comprende una unità elettronica di gestione di dette valvole di entrata e di uscita a più vie, nonché di detta pompa del serbatoio ausiliario di stoccaggio, e di detto sistema ausiliario di riscaldamento . The thermodynamic solar plant which carries out any embodiment of the method described above comprises an electronic unit for managing said multi-way inlet and outlet valves, as well as said auxiliary storage tank pump, and said auxiliary system of heating.
In quel che precede sono state descritte le preferite forme di realizzazione e sono state suggerite delle varianti della presente invenzione, ma à ̈ da intendersi che gli esperti del ramo potranno apportare modificazioni e cambiamenti senza con ciò uscire dal relativo ambito di protezione, come definito dalle rivendicazioni allegate. In the foregoing, the preferred embodiments have been described and variants of the present invention have been suggested, but it is to be understood that those skilled in the art will be able to make modifications and changes without thereby departing from the relative scope of protection, as defined by claims attached.
Claims (15)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT000212A ITRM20110212A1 (en) | 2011-04-26 | 2011-04-26 | PROCEDURE FOR THE MANAGEMENT OF START-UP AND SHUT-DOWN PHASES OF SOLAR SYSTEMS TO LINEAR PARABOLIC MANIFOLDS USING MIXTURES OF MELTED SALTS AS A FLUID THERMAL CARRIER. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT000212A ITRM20110212A1 (en) | 2011-04-26 | 2011-04-26 | PROCEDURE FOR THE MANAGEMENT OF START-UP AND SHUT-DOWN PHASES OF SOLAR SYSTEMS TO LINEAR PARABOLIC MANIFOLDS USING MIXTURES OF MELTED SALTS AS A FLUID THERMAL CARRIER. |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ITRM20110212A1 true ITRM20110212A1 (en) | 2012-10-27 |
Family
ID=44554195
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| IT000212A ITRM20110212A1 (en) | 2011-04-26 | 2011-04-26 | PROCEDURE FOR THE MANAGEMENT OF START-UP AND SHUT-DOWN PHASES OF SOLAR SYSTEMS TO LINEAR PARABOLIC MANIFOLDS USING MIXTURES OF MELTED SALTS AS A FLUID THERMAL CARRIER. |
Country Status (1)
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-
2011
- 2011-04-26 IT IT000212A patent/ITRM20110212A1/en unknown
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