MX2013004158A - Dispositivo, instalacion y metodo con alto nivel de eficiencia energetica para almacenamiento y uso de energia termica de origen solar. - Google Patents

Abstract

Se describe un dispositivo (1) para almacenar y liberar la energía térmica para una planta de producción de corriente eléctrica, el dispositivo (1) es conveniente para recibir una radiación solar concentrada, y se basa en el uso de un lecho modular fluidificable granular, de un intercambiador de calor asociado al mismo y en una activación independiente de la etapa de almacenamiento de la etapa de liberación. La separación térmica de gas de fluidificación a partir del fluido de trabajo, la fluidificación, selectiva de las zonas de lecho, la variación de la velocidad de la transferencia de calor y la entrada de calor adicional del gas combustible, hacen a la regulación de la energía térmica, extremadamente flexible. Dicho dispositivo comprende principalmente: por lo menos un lecho (3, 30) de partículas fluidificables, ubicado por lo menos parcialmente en la superficie de recepción (20) para tal radiación; los medios (14, 142, 21) para alimentar un gas de fluidificación para la fluidificación de dichas partículas; y los elementos de intercambio de calor (4) que fluyen, en uso, mediante un fluido de operación y que están ubicados en o cerca de dicho lecho (3, 30) de las partículas fluidificables, donde la distribución total es de tal manera que, en uso, las porciones (3, 30) de dicho lecho de partículas son convenientes para moverse selectivamente mediante el gas de fluidificación para almacenar la energía térmica recibida a partir de la radiación solar en una etapa de almacenamiento y para liberar la energía térmica almacenada a dichos elementos de intercambio de calor (4) en una etapa de liberación, y donde la distribución total es de tal manera que permite una activación independiente de la etapa de almacenamiento de calor a partir de la etapa de liberación de calor.

Description

DISPOSITIVO. INSTALACION Y METODO CON ALTO NIVEL DE EFICIENCIA ENERGETICA PARA ALMACENAMIENTO Y USO DE ENERGIA TERMICA DE ORIGEN SOLAR Campo de la Invención La presente invención se refiere a una instalación de generación industrial basada en el uso y almacenamiento de energía solar, a un dispositivo de almacenamiento y liberación de energía térmica de origen solar capaz para el uso en tal instalación y su correspondiente método.

Antecedentes de la Invención Es conocida el uso de energía solar concentrada mediante helióstatos, fijos o de seguimiento. Es además conocida la posibilidad de almacenar el calor no utilizado en materiales sólidos de elevada conductibilidad térmica (habitualmente grafito) para su uso posterior. Para el aprovechamiento del calor se utiliza normalmente un intercambiador de calor que puede también estar inmerso en el material de almacenamiento y atravesado por un fluido de operación - habitualmente agua, vapor u otros vectores - en condiciones de absorber y transportar la energía térmica contenida en él.

Como los sistemas de almacenamiento, tales como el grafito, que alcanza elevadas temperaturas (incluso 2000°C), el límite de la tecnología está vinculado a la resistencia térmica de las toberas en metal puestas para la eliminación del calor.

Además, el almacenamiento en los sólidos no permite - por la inercia térmica de los mismos y por los bajos valores de difusividad térmica - seguir el desarrollo de la potencia necesaria al cambiar las condiciones atmosféricas y los ciclos día-noche.

Por lo tanto, en base a lo anteriormente expuesto, una dificultad de los sistemas conocidos está ligada a la escasa eficiencia debida a las limitadas temperaturas máximas alcanzables y a su escasa versatilidad de seguir la evolución de la carga al variar las condiciones atmosféricas.

Breve Descripción de la Invención El problema técnico de la presente invención es por lo tanto el de prevenir los inconvenientes antes mencionados, con referencia a la técnica conocida.

Tal problema se resuelve mediante un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 y por un método de acuerdo con la reivindicación 17.

Características preferidas de la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.

Una ventaja importante de la invención consiste en el hecho que la misma permite realizar de modo eficiente y confiable un almacenamiento de energía térmica de origen solar, minimizando el stress térmico de los intercambiadores y aumentando la eficiencia de intercambio térmico al fluido de operación, gracias al uso de un lecho granular fluidizable que puede llevar a cabo una doble función de sistema de intercambio y de sistema de almacenamiento del calor recogido. En base de tal uso se encuentran las características favorables de intercambio térmico de los lechos fluidizados y el eficaz transporte del calor a causa de la movilidad de la etapa granular. Ambas características están ligadas a la posibilidad de conferir a un sólido granular un comportamiento reológico que puede asimilarse al de un fluido precisamente gracias a su fluidización .

Sinérgicamente, con lo expuesto, la separación de la etapa de almacenamiento de calor recibido de la radiación solar concentrada, de aquella de liberación de tal calor y consecuente eventual producción de energía - o sea, en general, de transferencia del calor al fluido de operación - permite mejorar drásticamente la versatilidad y la eficiencia total de la instalación.

En una modalidad preferida, tal separación es posible separando el circuito de gas de fluidización de aquel del fluido de operación.

En una modalidad particularmente preferida, el dispositivo consta de dos lechos fluidizables, uno esencialmente predispuesto para almacenamiento y un segundo, que recibe calor del primero, esencialmente predispuesto para el intercambio con el fluido de operación. Siempre en base a tal modalidad, la fluidización de los lechos se efectúa utilizando como gas de fluidización aire retirado del ambiente.

Para obtener el máximo de recuperación energética, el aire caliente en salida de los lecho fluidizados se envía a un intercambiador aire-aire donde libera su calor al aire de fluidización fría retirado del ambiente Durante la etapa de almacenamiento el primer lecho recibe calor de un campo de helióstatos a través de un receptor y es mantenido en condiciones de fluidización del aire que es calentado en el interior del intercambiador aire-aire anteriormente mencionado.

Cuando sea necesario conservar el calor almacenado en una etapa en la cual no se produce energía, el primer lecho de almacenamiento se mantiene en condición de reposo.

Durante una etapa de producción de energía, el lecho de almacenamiento, esta vez fluidizado, intercambiará calor con el lecho fluido de generación, adyacente a él y eventualmente separado mediante tabiques, de preferencia metálicos. En el interior del lecho de generación está inmersa la tobera atravesada por el fluido de operación. También en este caso el aire de fluidización se calentará previamente utilizando el intercambiador aire-aire. Operando de este modo, el sistema de compresión del aire de fluidización, se ejercerá a temperatura ambiente, así como el sistema de filtración del aire en salida de los lechos fluidizados donde es posible la presencia de particulado sólido elutriado.

El haber concentrado el intercambio térmico a beneficio del fluido de operación en el lecho fluidizado de generación permitirá, para los elevados coeficientes de intercambio térmico propios de los lechos fluidizados, reducir al mínimo las superficies de la tobera y por lo tanto el uso de materiales apreciados para la modalidad del mismo.

En síntesis, el sistema se puede dividir sustancialmente en tres bloques y, precisamente, un bloque de almacenamiento (el primer lecho fluidizable, en la modalidad antes mencionada), un bloque de intercambio hacia el fluido de operación (el segundo lecho fluidizable, en la modalidad antes mencionada) y un bloque de recuperación del calor (el intercambiador aire-aire, siempre en la modalidad preferida mencionada anteriormente), bloques que conectados entre ellos, permiten realizar un sistema en condiciones de operar con gran flexibilidad y eficiencia.

Otras ventajas, características y modalidades de uso de la presente invención resultarán evidentes a través de la siguiente descripción detallada de algunas modalidades, presentadas a modo de ejemplo no limitativo.

Breve Descripción de las Figuras Se hará ahora referencia a las figuras adjuntas, en las cuales: Figura 1 muestra un esquema de instalación de una modalidad preferida de la invención.

Figura 1a muestra una vista de una sección / frontal esquemática del trazado de una parte de la instalación de Figura 1, que incorpora una estructura de torre con intercambiador de calor aire / aire y muestra una partición de una caja de distribución, un circuito de entrada de gas de f I uid ización y su trayectoria; Figura 2 muestra una sección en plano de la parte de instalación de Figura 1a, exponiendo la disposición de tubos de un intercambiador de calor que recibe el fluido de operación y la subdivisión de un primer lecho de partículas fluidizables que funciona por medio de almacenamiento y de un segundo lecho de partículas fluidizables dedicado al intercambio térmico con el fluido de operación; y Figura 3 y 3a se refieren a un dispositivo de liberación y almacenamiento utilizable en la instalación de Figura 1, el cual proporciona el uso de gas combustible como fuente energética auxiliar y es mostrado en sección lateral y vista en plano, respectivamente.

Descripción Detallada de Modalidades Preferidas de la Invención Con referencia, inicialmente, a Figuras 1 y 1a, una instalación de generación eléctrica a partir de una radiación solar concentrada de acuerdo con una modalidad preferida de la invención es indicada en conjunto con 100.

La instalación 100, a su vez, comprende uno o más dispositivos 1 de almacenamiento de energía térmica recibida de la radiación solar concentrada y de liberación de tal energía a un fluido de operación, éste último habitualmente agua o vapor.

El dispositivo 1 es precisamente capaz para almacenar la energía térmica originada en una radiación solar transferida/concentrada en el mismo, por ejemplo mediante helióstatos de seguimiento.

El dispositivo 1 comprende una carcasa 2 de contención, preferiblemente metálica y térmicamente aislada de modo de reducir al mínimo la dispersión de calor hacia el exterior.

La carcasa 2 puede tener una o más superficies receptoras 20 dentro de las cuales se concentra la radiación solar.

En la base de la carcasa 2 se encuentra una entrada 21 de alimentación para un gas de fluidización cuya función se aclarará en breve. En la entrada 21 está previsto un tabique de distribución o distribuidor, para simplificar también identificado por 21, de tal gas de fluidización, capaz para permitir la entrada uniforme de este último y que garantiza al mismo tiempo un soporte para uno o más lechos de partículas 3, 30 fluidizables descritas a continuación.

Dentro de la carcasa 2 se encuentra una zona de almacenamiento, en forma de un primer lecho de partículas 30 fluidizables adecuado para el almacenamiento térmico de acuerdo con las características preferidas descritas más adelante. En la presente modalidad, el área del lecho 30 de almacenamiento está dispuesto inmediatamente en correspondencia con las superficies 20 receptoras, próximo a las superficies internas de la carcasa 2, de modo que resulta directamente afectada por la radiación solar concentrada sobre tales superficies 20 receptoras.

También dentro de la carcasa 2 y en la zona central más del dispositivo 1 está previsto luego un segundo lecho de partículas 3 fluidizables, que puede ser a continuación o separado del lecho 30 de almacenamiento y que tiene la función de liberar la energía térmica acumulada en este último al fluido de operación, como se describe mejor más adelante. Con tal finalidad, dentro del lecho de partículas 3 o en la proximidad de éste, están dispuestos elementos de intercambio térmico - y en particular toberas 4 de un ¡ntercambiador de calor - los cuales son, precisamente, atravesados, en uso, por el fluido de operación.

En una modalidad adicional preferida, los dos lechos de partículas 3, 30 pueden constituir porciones adyacentes de un mismo lecho selectivamente fluidizable.

Como se mencionó, la entrada 21 del dispositivo 1 es capaz para permitir la alimentación dentro de la carcasa 2 - y específicamente a través de la base de los lechos de partículas 3, 30 - de un gas de fluidización, que en la presente configuración preferida es aire. En particular, la disposición en su totalidad es tal que el gas, empujado a través del tabique de distribución 21, puede mover las partículas del lecho 3 y/o 30 de modo tal de generar un correspondiente flujo/ movimiento de partículas capaz para el intercambio de calor recíproco entre las partículas del mismo lecho 30 y/o entre estas últimas y la parte interna de las superficies 20 receptoras y aun entre las partículas de porciones de lecho entre sus adyacentes, entre las partículas de los dos lechos 3, 30 o bien entre las partículas del lecho 3 y las toberas 4.

La posición de las toberas 4 respecto al lecho de partículas 3, o mejor la exposición de la superficie de los tubos respecto al lecho de partículas, es tal que maximizar la cantidad de calor intercambiado, siendo esta última proporcional al producto del coeficiente de intercambio térmico y de la superficie afectada por tal intercambio térmico.

Las toberas 4 pueden estar totalmente o parcialmente sumergidas en el lecho de partículas 3 o bien enfrentadas a él. La elección depende de la modalidad de gestión que se pretende utilizar para el dispositivo y de la altura mínima y máxima del lecho de partículas al variar la velocidad del gas de fluidización: al aumentar tal velocidad aumenta la superficie de la tobera afectada por el intercambio térmico. Para una mejor versatilidad de la instalación, están previstos medios para variar la velocidad del aire de fluidización y, por lo tanto, también su potencia.

Por lo tanto, variando la velocidad de travesía del gas de fluidización, puede ser controlado y modificado el coeficiente de intercambio térmico total entre el lecho fluidizado y la superficie de intercambio, con la consiguiente flexibilidad de regulación de la cantidad de potencia térmica transferida.

Puede obtenerse así una sustancial reducción de la transferencia de calor en ausencia de fluidización o bien con velocidad del gas inferior a la velocidad de fluidización mínima.

Además, es posible variar la altura del primer lecho 30 de almacenamiento y/o del lecho 3 de liberación variando la cantidad de carga de partículas del lecho, tal variación puede efectuarse también en caliente, durante la operación, mediante oportuno sistema de descarga y carga de las partículas asociadas a cada dispositivo 1 o a grupos de dispositivos análogos. Actuar sobre la altura de los lechos 30, 3 en términos de material de partículas presente en el lecho cuando está fijo, sea variando la velocidad de fluidización, permite más cambios de acción que hacen que el manejo del dispositivo 1 y luego el sistema 100 extremadamente flexible.

Como se ilustra mejor en Figura 1a, en el presente ejemplo el dispositivo 1 presenta o es asociado a una estructura 70 elevada en torre. En correspondencia a la zona central de esta última está colocado un intercambiador gas/gas 7, en el presente ejemplo de tipo aire/aire, que crece verticalmente en el interior de la estructura de soporte de tal dispositivo.

El ambiente interno en el dispositivo 1 se comunica con el intercambiador aire-aire 7, en el ejemplo en correspondencia con la propia zona central. En particular, la base del dispositivo 1 se comunica con la sección del intercambiador en la cual fluye el aire caliente en salida del lecho de partículas 3 y/o 30, mientras la sección del intercambiador aire-aire 7 de la que las salidas de aire del medio ambiente precalentado previamente está conectado al tabique 21 de distribución en la base del lecho 3, 30, de partículas, mediante un colector o cámara 14 de aire que contribuye a la entrada de flujo uniforme de aire en el dispositivo 1.

De tal modo, el intercambiador 7 permite calentar previamente en contracorriente aire ambiente que entra al distribuidor 21 a cargo del aire caliente de fluidización que sale del lecho 3 y/o 30 de partículas, y por lo tanto recuperar el contenido térmico del aire de fluidización que sale del lecho.

Como tal, el circuito del aire de fluidización proporciona que el aire ambiente frío sea empujado por un medio de circulación forzada, en particular uno o más compresores de aire 8, al interior del intercambiador aire-aire 7 y se caliente previamente a lo largo del recorrido a cargo del aire de fluidización caliente que, a la salida del lecho 3, 30 de partículas, es empujado contracorriente al interior de tal intercambiador 7. El aire ambiente calentado previamente alcanza la cámara 14 de aire el tabique 21 de distribución a través de un circuito 142 colector de alimentación. El aire que sale del lecho 3, 30 de partículas, enfriado después de haber recorrido el intercambiador aire-aire 7, se hace llegar mediante un conducto de drenaje 5, a un separador 6 de polvos, o aspirador de polvo, y luego es expulsado al ambiente externo.

Preferiblemente, el separador 6 de polvos, habitualmente un impactador inercial o dispositivos equivalentes con bajas pérdidas de carga y funcionamiento ciclónico - se pone en la base de la estructura del dispositivo 1, en línea con el conducto de drenaje 5 y aspira el polvo del aire de fluidización de eventual elutriado de las partículas de los lechos 3, 30.

Como ya se mencionó, el lecho 3 de partículas puede ser físicamente separado del lecho 30 de partículas eventualmente mediante tabiques 41, presentando en conjunto una estructura modular que permite una fluidización selectiva de las zonas del lecho. En general, el dispositivo 1 permite una fluidización selectiva y/o diferenciada de tales lechos o de porciones de estos últimos.

En el presente ejemplo, tal fluidización selectiva se obtiene mediante una compartimentación tanto de cámara 14 de aire, por medio de tabiques 141, como del circuito 142 de alimentación por medio de válvulas 143 de interceptación, permitiendo la alimentación de aire sólo en correspondencia con porciones del lecho- 3 y/o 30 seleccionares de acuerdo con las exigencias específicas de almacenamiento o de producción de vapor/energía.

Es posible de este modo hacer operar porciones del lecho como interruptores térmicos que cierran el circuito de intercambio térmico sólo si son fluidizados. Tal fluidización controlada y selectiva de zonas del medio granular del lecho garantiza una continuidad de extracción del calor y flexibilidad de la instalación respecto a las exigencias energéticas corriente abajo.

Por otra parte, en el presente ejemplo se proporciona una partición de la cámara 14 de aire también en correspondencia con un espacio de lecho adyacente a las superficies 20 receptoras. Esta configuración permite, en ausencia de radiación solar, reducir notablemente la dispersión de calor almacenado en el primer lecho 30 hacia el ambiente externo a través de tales superficies 20 receptoras. También esta partición se opera mediante las ya citadas válvulas 143 automáticas antes mencionadas temporizadas y/o dirigidas por la señal de un sensor de irradiación (por ejemplo solarímetro, piranómetro o aparatos equivalentes) asociado a cada uno de los dispositivos 1 o a grupos de dispositivos.

El régimen de fluidización de las partículas del lecho es preferiblemente hirviendo o de forma tal de maximizar el coeficiente de intercambio térmico.

La selección del material de las partículas de los lechos 3 y 30 de almacenamiento y liberación se basa, en particular, en la escasa capacidad de abrasión y fragmentación, para responder a la necesidad de minimizar el fenómeno de elutriación de las partículas de tal lecho y así limitar la producción y el transporte de finos en el aire de fluidización. En base a estas consideraciones, una configuración preferida privilegia el uso; para las partículas del lecho, de material granular inerte a la oxidación, con forma regular, de preferencia esferoidal y/o de preferencia de dimensiones del orden de 50 - 500 micrones; y que tales dimensiones sean de preferencia nativas, o sea no resultantes de agregado de partículas de menores dimensiones.

En el ejemplo de Figura 1, el fluido de operación es agua en estado líquido que durante la travesía del intercambiador 4 recibe la energía térmica transferida por las partículas del lecho 3 hasta convertirse en vapor recalentado. Tal vapor, en condiciones de temperatura y presión predeterminadas es luego utilizado para producir energía eléctrica difundiéndose en una turbina a vapor asociada a un generador 10.

Como se muestra en Figura 1, el circuito de fluido de operación proporciona conductos 90 que definen las toberas dentro del dispositivo 1, y en el ejemplo presente se proporciona la ya mencionada turbina 10 a vapor conectada a un generador de energía eléctrica, un condensador 11, un captador 40 con purga de aire en turbina, una bomba 12 de suministro, una bomba 120 de extracción o medios equivalentes a los ya mencionados.

La configuración descrita tiene la notable ventaja de separar el proceso de almacenamiento de energía térmica del proceso de producción de vapor.

En etapa de almacenamiento, la energía solar se concentra en las superficies 20 receptoras y mediante fluidificación del lecho 30 de almacenamiento, o de parte de éste, la energía térmica se transfiere de las superficies 20 a las partículas del lecho 30. Como tal, esta etapa es independiente de la etapa de producción. En un régimen solo de almacenamiento es fluidizado solamente el primer lecho 30.

En fase de producción se activa también el segundo lecho 3 de liberación, de modo que la transferencia de calor ocurre del lecho 30 de almacenamiento a las partículas del lecho 3 de liberación, de éstas a las toberas 4 y por lo tanto al fluido de operación que fluye en estas últimas.

Por lo tanto, el fluido de operación que atraviesa las toberas 4 recibe del segundo lecho 3 la energía térmica acumulada del primer lecho 30, donde la transferencia de calor se produce activando los lechos 3, 30 o sea fluidizando las partículas de las zonas de lecho 30 y 3. La energía térmica transferida al fluido de operación puede ser utilizada para fines industriales, incluso distintos al ejemplo considerado aquí.

En particular, en la descripción anterior, nos hemos referido a título de ejemplo a la aplicación del dispositivo a una instalación de producción de energía eléctrica, independiente. De todos modos, se comprenderá que las posibles aplicaciones del dispositivo son amplias y relativas a la producción de vapor o calor para instalaciones industriales, tales como centrales termoeléctricas, desalinizadoras, telecalefacción, y así sucesivamente.

Con esta configuración, incluso en ausencia de energía solar - como en las horas nocturnas - se asegura la continuidad de operación y de suministro de vapor y por lo tanto de potencia térmica por parte del dispositivo 1.

En particular, el tamaño del dispositivo 1 , de los lechos de partículas 3, 30, de las superficies de las toberas y el intervalo de velocidad del gas de fluidización, puede ser tal como para asegurar almacenamiento de energía térmica durante las horas de sol y liberación de ésta durante las horas nocturnas al intercambiador de calor mediante fluidización de las partículas de los lechos 3, 30.

Además, como ya se anticipara, utilizando una estructura modular de los lechos fluidizables y modulando para cada una de las partes la velocidad de fluidización de tales partículas, además de la altura del lecho de partículas, es posible regular la cantidad de energía térmica transferida a las toberas, optando por dedicar una o más partes a la transferencia de calor o al almacenamiento mediante una fluidización selectiva y/o diferenciada de éstas, asegurando una operación continua de la instalación.

Aún, en la eventualidad de instalaciones que proporcionan una multiplicidad de dispositivos 1, la posibilidad de regular para cada dispositivo la cantidad de calor transferida al fluido de operación y necesaria para mantener constante la temperatura y la presión del vapor producido, concede la ventaja de mantener constante, disminuir o aumentar la temperatura del fluido de operación o bien, a la misma temperatura, aumenta el alcance del fluido de operación.

El dimensionamiento de los dispositivos 1 y la lógica de funcionamiento pueden ser coordinados para obtener una determinada producción de energía incluso en ausencia de radiación solar.

También es posible, dependiendo de la necesidad de la corriente abajo de la instalación, gestionar cada uno de los dispositivos de forma que en las 24 horas, parte de estos trabajen solamente en almacenamiento y parte en producción o bien variar la velocidad de fluidización de cada unidad obteniendo variación completa de potencia térmica producida. Para obtener una energía térmica acumulada, permite distribuirla en tiempo breve a potencia superior o bien por tiempos prolongados a potencia inferior.

En una modalidad diferente (no representada) está prevista la presencia de un sistema de partición, una especie de obturador, de las superficies 20 receptoras mediante tabiques aislantes. Tales tabiques, cuyo accionamiento puede ser automatizado y seguir la trayectoria solar, permiten aislar la porción de lecho 30 de almacenamiento correspondiente a la zona obscurecida de superficie 20 receptora y por lo tanto evitan la irradiación hacia el exterior de parte de tal porción de lecho cuando la misma superficie 20 receptora no es afectada por la radiación incidente.

De acuerdo con otra modalidad preferida de la invención que puede ser utilizada en combinación con todas las otras configuraciones descritas anteriormente, está prevista el uso de combustible gaseoso en el interior del lecho fluidizado, para suplir prolongadas ausencias de insolación y/o para garantizar el logro de determinado nivel de potencia en función de las exigencias corriente abajo de la instalación de producción.

Una importante ventaja deriva de la posibilidad de quemar tal combustible gaseoso directamente en el interior del lecho fluidizable. En efecto, habitualmente, para dispositivos de técnica conocida, esta operación se desarrolla en unidades productivas distintas a la instalación de producción principal.

Esta configuración está esquematizada en Figura 3 y 3a, que muestran un circuito posible para el gas 15 -151 combustible. Este último proporciona entradas a cada sector de cámara 14 de aire en las cuales se verifica la mezcla previa del gas combustible con el aire de fluidización calentada previamente o bien en el circuito de distribución del gas 151 de fluidización.

En presencia de gas combustible, el dispositivo 1 está provisto de una o más antorchas 22 introducidas en el ambiente del dispositivo 1 para la ignición del combustible y para garantizar el sistema de eventuales acumulaciones peligrosas de gas en el interior del dispositivo, y uno o más discos 222 de ruptura sobre la carcasa 2. Tales dispositivos, como otros eventualmente aplicables - tienen la finalidad de prevenir riesgos de explosión.

En lo que respecta a la combustión del gas, es técnica conocida, por lo cual no se extiende más en la descripción específica.

El recurso a esta configuración adicional se torna todavía más conveniente por el hecho que las normativas que regulan la producción de energía de fuentes renovables admiten que una cuota mínima, generalmente menor o igual al 15% de la potencia nominal de la instalación, sea producida mediante combustión de combustibles fósiles.

Se comprenderá mejor, en este punto, cómo la invención presenta notables ventajas en términos de: dimensionamiento de la instalación y en particular de los dispositivos de almacenamiento y liberación y de relativa estructura que resultan particularmente compactos - esto deriva, evidentemente, de la configuración preferida en la que el intercambiador aire/aire se desarrolla en altura en el interior de la estructura de soporte de tal dispositivo; dimensionamiento y operación de los compresores de aire 8 que elaboran un fluido frío, o sea aire ambiente; dimensionamiento y operación del separador 6 de polvo que, en forma análoga a los compresores 8 de aire, trabaja con salida de aire de fluidificación a baja temperatura (alrededor de 100°C); dimensionamiento de las toberas 4, que resultan drásticamente redimensionadas siendo las etapas de precalentamiento de evaporación y de sobrecalentamiento del fluido de operación confiadas al intercambio térmico en el interior del lecho con coeficientes típicos de 300 a 500 W/m2K.

Se comprenderá, finalmente, que la invención suministra también un método de almacenamiento e intercambio de calor como se define en las reivindicaciones que siguen, presentando las mismas características preferidas expuestas anteriormente en relación a las distintas formas y variantes de modalidad del dispositivo y de la instalación de la invención.

La presente invención se ha descrito hasta el momento con referencia a modalidades preferidas. Se ha de entender que pueden existir otras modalidades que pertenecen al mismo concepto inventivo, que pueden caer dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (23)

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo (1) de almacenamiento y liberación de energía térmica, capaz para recibir una radiación solar concentrada, tal dispositivo (1) comprende: al menos un lecho (3, 30) de partículas fluidizables, dispuesto, al menos en parte, con superficies (20) receptoras para tal radiación; medios (14, 142, 21) de alimentación para alimentar un gas de fluidización para la fluidización de tales partículas; y elementos (4) de intercambio térmico atravesados, en uso, por un fluido de operación y dispuestos en o en la proximidad de tal lecho (3,30) de partículas fluidizables, donde la disposición en conjunto tal que, en uso, porciones de tal lecho (3, 30) de partículas son aptas para ser movidas selectivamente mediante el gas de fluidización para almacenar energía térmica recibida de la radiación solar en una etapa de almacenamiento y para liberar la energía acumulada a tales elementos (4) de intercambio térmico en una etapa de liberación, y donde la disposición en conjunto tal que permite una activación independiente de la etapa de almacenamiento de la etapa de liberación de calor.

2. El dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación 1, donde, a su vez, tal lecho de partículas a su vez comprende: una primera porción (30) de almacenamiento, capaz para almacenar energía térmica recibida de la radiación solar concentrada y dispuesta en las superficies (20) receptoras para la radiación solar; y una segunda porción (3) de liberación, dispuesta adyacentemente a tal primera porción (30) y capaz para liberar la energía térmica almacenada mediante esta última a tales elementos (4) de intercambio térmico, donde tal primera porción (30) de almacenamiento y tal segunda (3) porción de liberación son capaces para realizar, respectivamente, tal etapa de almacenamiento y tal etapa de liberación mediante una respectiva fluidización.

3. El dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación precedente, donde tal primera (30) y segunda (3) porción de tal lecho de partículas son recibidas dentro de una misma carcasa (2) de contención.

4. El dispositivo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde tales elementos (4) de intercambio térmico están dispuestos en forma tal que están en contacto con al menos parte (3) de tal lecho (3, 30) de partículas y/o en forma tal de ser rozados, en uso, por al menos parte (3) de tal lecho (3, 30) cuando es fluidizado mediante tal gas de fluidización.

5. El dispositivo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde tales elementos de intercambio térmico son toberas (4).

6. El dispositivo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende medios (15, 151) de alimentación y medios (22, 222) de combustión en seguridad de un gas combustible dentro del lecho (3, 30) de partículas o parte de lo mismo.

7. El dispositivo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde tales medios (14, 142, 21) de alimentación comprenden una compartimentación (141) capaz para permitir la fluidización selectiva y/o diferenciada de una o más partes de tal lecho (3, 30) de partículas por el gas de fluidización y/o una fluidización selectiva y/o diferenciada de tales primera (30) y segunda (3) porción de tal lecho de partículas o de partes de estas últimas.

8. El dispositivo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde tal activación independiente de las etapas de almacenamiento y liberación se obtiene mediante una separación de los circuitos del fluido de operación y del gas de fluidización.

9. El dispositivo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende un intercambiador de calor gas/gas (7), de preferencia aire/aire, donde la disposición en conjunto es tal que en uso, se hace llegar a tal intercambiador (7) un primer gas frío que es el gas de fluidización que se utilizará para la fluidización de tal lecho (3, 30) de partículas o de tales primera (30) y/o segunda (3) porción de lo mismo y un segundo gas caliente que es el gas de fluidización de salida de tal lecho (3, 30) de partículas o de tales primera (30) y/o segunda (3) porción de lo mismo.

10. El dispositivo (1) de acuerdo con la reivindicación precedente, que está dispuesto sobre una estructura (70) en torre, que aloja en su interior tal intercambiador (7) gas/gas.

11. El dispositivo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que es idóneo para el uso de aire como gas de fluidización.

12. El dispositivo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende medios (8) de circulación forzada del gas de fluidización.

13. El dispositivo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende medios capaces para variar selectivamente la velocidad del gas de fluidización.

14. El dispositivo (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende medios (6) de separación de polvo del gas de fluidización dispuestos corriente abajo de una zona de fluidización de tal lecho (3, 30) de partículas.

15. Una instalación (100) para producir vapor o calor para usos industriales, que comprende uno o más dispositivos (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes,

16. La instalación (100) de acuerdo con la reivindicación precedente, que es una instalación de producción de energía eléctrica.

17. Un Método para producir vapor o calor para usos industriales a partir de una radiación solar concentrada, que proporciona el uso de un lecho (3, 30) de partículas fluidizables capaces para almacenar la energía térmica de origen solar y movible selectivamente mediante un gas de fluidización, tal método comprende: una primera etapa de almacenamiento de energía térmica recibida de la radiación solar concentrada mediante movimiento de una primera porción (30) de tal lecho de partículas; y una segunda etapa de liberación de tal energía térmica almacenada en tal primera etapa a elementos (4) de intercambio térmico atravesados por un fluido de operación, donde tales etapas de almacenamiento y de liberación son activables una independientemente de la otra.

18. El método de acuerdo con la reivindicación precedente, donde tal activación independiente de las etapas de almacenamiento y liberación se obtiene mediante una separación térmica de los circuitos del fluido de operación y del gas de fluidización.

19. El método de acuerdo con la reivindicación 17 o 18, que proporciona una etapa de intercambio de calor gas/gas, de preferencia aire/aire, entre un primer gas frío que es el gas de fluidización que se utilizará para la fluidización de porciones de tal lecho (3, 30) de partículas y un segundo gas caliente que es el gas de fluidización de salida de tales porciones de tal lecho (3, 30) de partículas.

20. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, donde tal gas de fluidización es aire.

21. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 17 a 20, donde está prevista una variación selectiva de la velocidad del gas de fluidización.

22. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 17 a 21, que es un método de producción de energía eléctrica.

23. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 17 a 22, que proporciona una combustión de combustible fósil gaseoso dentro de tal lecho (3, 30) de partículas o parte de lo mismo. RESUMEN Se describe un dispositivo (1) para almacenar y liberar la energía térmica para una instalación de producción de energía eléctrica, el dispositivo (1) es conveniente para recibir una radiación solar concentrada y está basado en el uso de un lecho modular fluidizable granular, de un intercambiador de calor asociado al mismo y en la activación independiente de la etapa de almacenamiento de la etapa de liberación. La separación térmica de gas de fluidización del fluido de operación, la fluidización selectiva de zonas del lecho, lá variación de la velocidad de la transferencia de calor y la entrada de calor adicional de gas combustible, hacen a la regulación de la energía térmica, extremadamente flexible. Tal dispositivo comprende principalmente: por lo menos un lecho (3, 30) de partículas fluidizables, ubicado por lo menos parcialmente en la superficie (20) receptora para tal radiación; los medios de alimentación (14, 142, 21) de un gas de fluidización para la fluidización de tales partículas; y los elementos (4) de intercambio térmico atravesados, en uso, por un fluido de operación, y dispuestos o en proximidad de tal lecho (3, 30) de partículas fluidizables, donde la disposición en conjunto es tal que, en uso, porciones de tal lecho (3, 30) de partículas son capaces para moverse selectivamente mediante el gas de fluidización para almacenar energía térmica recibida de la radiación solar concentrada en una etapa de almacenamiento y para liberar la energía térmica almacenada a tales elementos (4) de intercambio térmico en una etapa de liberación, y en la cual aún la disposición en conjunto es tal como para permitir una activación independiente de la etapa de almacenamiento de la etapa de liberación de calor.