WO2015181416A1 - Planta termosolar con generador de vapor supercrítico combinado - Google Patents

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WO2015181416A1
WO2015181416A1 PCT/ES2015/070398 ES2015070398W WO2015181416A1 WO 2015181416 A1 WO2015181416 A1 WO 2015181416A1 ES 2015070398 W ES2015070398 W ES 2015070398W WO 2015181416 A1 WO2015181416 A1 WO 2015181416A1
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temperature
heat transfer
supercritical steam
storage tank
fluid
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PCT/ES2015/070398
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Inventor
Raúl NAVÍO GILABERTE
Cristina MONTERO OLÍAS
María del Carmen ROMERO DELGADO
Pedro GARCÍA GONZÁLEZ
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Abengoa Solar New Technologies, S.A.
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Publication date
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    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/068—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means having other power cycles, e.g. Stirling or transcritical, supercritical cycles; combined with other power sources, e.g. wind, gas or nuclear
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    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
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    • F24S60/10—Arrangements for storing heat collected by solar heat collectors using latent heat
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Definitions

  • the present invention relates to a thermosolar plant with combined supercritical steam generator, and more particularly is related to the technology of solar concentration plants that use molten salts as heat transfer fluid.
  • solar thermal concentration and photovoltaic solar concentration.
  • the principle of operation of both are based on the same concept: use an optical system that concentrates the light. Said concentrated light can be directed to heat a fluid that enters a turbine cycle, in case of thermal, or directly generate electricity via photoelectric effect in a semiconductor, in the case of photovoltaics.
  • Parabolic cylinder technology consists of a parabolic mirror that focuses the light on an absorber tube through which a heat transfer fluid circulates. Said fluid is heated and subsequently used to heat steam that is used in a traditional turbine cycle.
  • the tower technology bases its operation on a field of heliostats (or large mobile mirrors) that reflect the light at the top of a tower, where an absorber receiver is located through which the heat transfer fluid circulates.
  • an absorber receiver In this receiver, for example, water vapor which is used in traditional turbine cycles can be heated.
  • this invention presents the option of using a first fluid to absorb the available solar energy in the receiver and store at the necessary temperatures, and a second fluid, the working one, to exchange heat with the first one according to interest, but maintains the current limitations in terms of the maximum possible temperature jump for the heat transfer fluid and the need to have a solar receiver with all that temperature range.
  • this hot gas would be used as a working fluid in independent gas turbines or combined cycles, or also to generate superheated steam to feed a steam turbine.
  • the approach of this invention is to eliminate fluids in liquid state as energy absorption fluids, using gases at high pressures.
  • WO 2012093354 A2 and WO 2012107811A2 are directly related to thermal storage.
  • WO 2012093354 A2 describes a plant configuration in which the heat transfer fluid in the solar receiver would be water / steam, so that the superheated steam obtained would serve to move the steam turbine directly, and in a second way, part of said steam would be used to heat molten salts or some molten metal that would serve as a thermal storage medium.
  • the steam at the exit of this exchange with the thermal storage fluid would be in a biphasic state with liquid part and steam part, and could be used to preheat other systems, or the feed water or also stored in steam accumulators.
  • the object of the invention is to provide a solar thermal plant that allows an increase in the efficiency of the thermodynamic cycle in a simple manner.
  • the combined supercritical steam generator thermosolar plant of the invention comprises:
  • FC2 from FC1, a supercritical steam generation train, with inputs for FC1, FC2 and a FT working fluid, and comprising several heat exchangers in which FC1 and FC2 make the energy supply to the FT working fluid, and a circuit corresponding to the FT working fluid, with at least one steam turbine supercritical generated in the supercritical steam generation train and a condenser, the optimum working temperature ranges of FC1 and FC2 being different, and there is an overlap between both temperature ranges.
  • the invention also relates to a method for generating electricity in a solar thermal plant with combined supercritical steam generator, comprising the following steps: - FC1 is pumped from the cold storage tank of FC1, where it is at a temperature Tf1, towards the solar thermal concentration receiver, where it collects the concentrated solar radiation and raises its temperature to Tr
  • FC1 Circulation of FC1 through 3 different paths: a) Towards the heat exchanger, where it cools to a temperature Tf 1 and continues to the cold storage tank of FC1. b) Towards the hot storage tank of FC1 where it is stored at Tc1 c) Towards the supercritical steam generating train, where energy is communicated to the FT working fluid in the high temperature superheater and in the high temperature superheater cooling to Tf1 , continuing to the cold storage tank of FC1.
  • FC2 is pumped from the cold storage tank of FC2, where it is at a temperature Tf2, to the heat exchanger, where it collects the energy transferred by FC1 and raises its temperature to Tc2.
  • FC2 Circulation of FC2 by 2 different paths: a) Towards the hot storage tank of FC2 where it is stored at Tc2 b) Towards the supercritical steam generation train, where it communicates energy to the FT working fluid in the low temperature superheater and in the low temperature superheater in parallel, to join at the outlet of both and circulate through the evaporator and then from the economizer, reducing its temperature to Tf2 at the outlet of the economizer, continuing to the cold storage tank of FC2 .
  • - Water from the condenser is pumped and sent to the supercritical steam generation train
  • the water is preheated by a series of pre-heaters, so that it reaches a temperature Tp.
  • Tp a temperature at which a series of pre-heaters are preheated.
  • Water flows successively through the economizer, evaporator, low temperature superheater and high temperature superheater, to reach supercritical pressure and temperature conditions at the outlet of the high temperature superheater.
  • each of the heat transfer fluids yields its energy in a different range of temperatures allows to reach higher temperatures and final pressures in the steam, which translates into an increase in the efficiency of the thermodynamic cycle.
  • the use of the two heat transfer fluids gives the system greater freedom for the design, due to the fact that both heat transfer fluids can operate in different temperature ranges and are coincident in a part of said ranges. This allows some flexibility to optimize the thermal storage system based on the costs of each of the heat transfer fluids.
  • the fact of working with a supercritical cycle allows to obtain a cycle performance several points above the performance of subcritical cycles, (increases from 42% to more than 48%); This implies an increase in production close to 15%.
  • Fig. 1 shows a diagram of a solar thermal plant according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 2 shows a detailed scheme of the combined supercritical steam generation train of the thermosolar plant of the invention.
  • Fig. 3 shows the evolution of the temperatures of one of the heat transfer fluids of the invention, of a state-of-the-art fluid and of the FT working fluid in the work cycle.
  • Hot salt storage tank (first heat transfer fluid FC1)
  • Hot salt storage tank (second FC2 heat transfer fluid)
  • High temperature reheater (first heat transfer fluid FC1 - steam)
  • FC1 First heat transfer fluid
  • FC2 Second heat transfer fluid
  • Tc1 hot temperature of the first heat transfer fluid FC1
  • Tf2 cold temperature of the second FC2 heat transfer fluid
  • Tc2 hot temperature of the second FC2 heat transfer fluid
  • the invention consists of a thermoelectric solar plant with preferably tower central receiver technology comprising two heat transfer fluids.
  • the first heat transfer fluid (FC1) is heated to high temperatures in the receiver 3 where the direct solar radiation reflected in a multitude of heliostats is concentrated.
  • the second heat transfer fluid (FC2) is heated from the first in a heat exchanger 4.
  • Both fluids will yield their thermal energy to the system working fluid (FT), which is preferably water, and will do so in a steam generator.
  • FT system working fluid
  • each of the heat transfer fluids will yield its energy in a different temperature range, thus allowing higher temperatures and final pressures to be reached in the steam, which translates into an increase in the efficiency of the thermodynamic cycle.
  • the first heat transfer fluid FC1 circulating through the receiver 3 is heated in a certain temperature range, this range being between 450 ° C and 700 ° C, lower than that of conventional molten salt receivers working from 290 ° C to 565 ° C.
  • This lower gradient or temperature difference in the longitudinal direction of the tubes of the receiver 3 results in a greater homogenization of the temperatures in each of the receiver panels 3 and therefore that the thermal stresses of the material are lower.
  • this first heat transfer fluid FC1 allows thermal energy to be stored at a very high temperature (650 ° C - 700 ° C) because it has a high calorific value equal to or greater than 1,54 kJ / kgC at 565 ° C state-of-the-art fluids, equal to or greater than that of the second FC2 heat transfer fluid by 20%.
  • the second heat transfer fluid FC2 works in a different temperature range from the first heat transfer fluid FC1, allowing energy storage at (450 ° C - 565 ° C) and, consequently, the optimization of energy storage.
  • both heat transfer fluids gives the described system greater freedom for the design, because both fluids, being able to operate in different temperature ranges, are also coincident in a part of said range.
  • FC1 of the invention operates in an optimum range of 450 ° C-700 ° C
  • FC2 of our invention operates optimally in a temperature range of 290 ° C -565 ° C, therefore coinciding with a temperature range in which both heat transfer fluids can be operated (450 ° C-565 ° C).
  • the temperature difference between the cold tank 1 and the hot tank 2 of the fluid FC1 would be less than the difference of temperature between the cold tank 5 and the hot tank 6 of the FC2 fluid (for example 565 ° C for the tank cold 1 and 700 ° C for hot tank 2 of FC1 fluid, versus 250 ° of cold tank 5 and 565 ° C of hot tank 6 of FC2 fluid, so that less amount of FC1 fluid is used than FC2 fluid in the system for being this more expensive.
  • FC1 has a lower cost than the fluid FC2
  • the temperature difference between the cold tank 1 and the hot tank 2 of the fluid FC1 would be greater than the temperature difference between the cold tank 5 and the hot tank 6 of FC2 fluid, thus using less amount of FC2 fluid than FC1 fluid (cold tank 1 at 450 ° C and hot tank 2 at 700 ° C for fluid FC1, and cold tank 5 at 290 ° C and hot tank 6 at 450 ° C for FC2 fluid).
  • the temperature difference (T1-T3) between a heat transfer fluid of the state of the art and the working fluid FT (preferably, water) at the outlet of the economizer 70, and the temperature difference (T2-T3) between a fluid of the invention and the water at the outlet of the economizer 70, is much greater for the case of the state of the art fluid, which implies that in that case, the use of said fluid is not being optimized.
  • exchanger 4 having to use a greater amount of fluid of the state of the art to reach the same working fluid temperature FT as in the case of our invention with one or more of the mentioned fluids FC1, FC2. So that all the advantages explained above can be combined, some key equipment is incorporated in the operation of the plant:
  • FC1 and FC2 heat transfer fluids both of which have a good heat capacity (preferably equal to or greater than 1, 54 kJ / kgC at 565 ° C).
  • a shared supercritical steam generation train 7 (with two heat transfer fluids FC1 and FC2 and a working fluid FT). The normal operation of the plant would then be as follows:
  • the first heat transfer fluid FC1 is pumped from its cold storage tank 1 where it can be found at a temperature Tf1 (cold temperature of the FC1 fluid) between 450 ° C and 565 ° C to the top of the tower, where it collects the concentrated radiation and raises its temperature to Tr (receiver temperature) between 650 ° C - 700 ° C. Subsequently, this fluid FC1 is circulated through three different paths: one towards the supercritical steam generator, another towards the heat exchanger 4 with the second heat transfer fluid FC2 and finally, another towards the hot storage tank 2 at very high temperature Tc1 (hot fluid temperature FC1) between 650 ° C and 700 ° C.
  • Tf1 cold temperature of the FC1 fluid
  • Tr receiveriver temperature
  • the second heat transfer fluid FC2 housed in its corresponding cold tank 5 at a Tf2 (cold temperature FC2 fluid) of 290 ° C will be pumped to circulate it through the heat exchanger 4 where it will collect the energy assigned by the first heat transfer fluid FC1, raising its temperature to the desired value Tc2 (hot fluid temperature FC2) between 450 ° C - 565 ° C.
  • Tf2 cold temperature FC2 fluid
  • FC2 hot fluid temperature
  • the proposed plant configuration has the following elements:
  • Hot storage tank 2 in salts (first heat transfer fluid FC1)
  • Heat exchanger 4 salts-salts (first heat transfer fluid FC1 - second heat transfer fluid FC2)
  • Figure 2 shows the detail of what the combined supercritical steam generation train 7 would be like. The operation of the system as a whole would be described below.
  • the molten salts (FC1 fluid) stored at a temperature Tf 1 of 550 ° C in a tank 1, are pumped up to the tower where a solar receiver is located
  • Said solar receiver 3 is preferably constituted by panels formed in turn by vertical tubes. The solar radiation is concentrated on the outer surface of these tubes, communicating the power necessary to undertake the desired temperature jump in the FC1 fluid, reaching 650 ° C (Tr) at the outlet of the receiver 3. After this, the FC1 fluid already hot is circulated to three different teams. On the one hand, it is sent to the heat exchanger 4, where it will be cooled to approximately 550 ° C (Tf1), to be then redirected to the cold storage tank 1.
  • the supercritical steam generation train 7 entering in our preferred embodiment at 650 ° C, where it communicates energy in two of the equipment: the high temperature superheater 73 and the high temperature superheater 75, also cooling to 550 ° C (Tf1) to be also redirected to the cold storage tank 1.
  • Tf1 550 ° C
  • the third of the paths behind the solar receiver 3 is to send part of this FC1 fluid directly to the hot storage tank 2, where it will be stored at 650 ° C to dispose of it when there is no solar input to the system, allowing Maintain the operation of the plant.
  • the size of the hot storage tank 2 will be such that it allows operation at the desired load level during the desired hours, depending on the design specifications.
  • the molten salts that make up the FC2 fluid of different composition to the FC1 fluid have the following path. They are initially pumped from their cold storage tank 5 where they are preferably at 290 ° C (Tf2), to the heat exchanger salts-salts 4, where they will collect the energy transferred by the salts of the FC1 fluid, heating up to 550 ° C ( Tc2). Next, the necessary proportion of these salts will be sent to train 7 of supercritical steam generation and circulated through several of the equipment that compose it. First, they will be divided between the low temperature superheater 72 and the low temperature superheater 74 preferably entering them at 550 ° C.
  • FC1 fluid salts stored in tank 2 they provide the plant with the energy storage required to operate the plant continuously in a temperature range of 290 ° C - 650 ° C in the case of this preferred embodiment, being able to reach up to 700 ° C in alternative configurations.
  • the third of the circuits that make up the plant is that formed by the FT working fluid.
  • the FT working fluid In this case it is water / steam at supercritical pressure. So the water from the condenser 9 is pumped and circulated to the supercritical steam generation train 7.
  • it On the way to said equipment, it is preheated in a conventional manner by means of a series of pre-heaters fed with turbine extractions (not shown). It would also have on that intermediate path a deaerator (not represented), in charge of eliminating the air that can carry water along its path.
  • economizer 70 FC2-vapor fluid
  • thermodynamic cycle like the one described here, has a yield greater than 48%, this being the great advantage over conventional cycles.
  • the thermal storage system is composed of four different tanks.
  • Tank 2 stores molten salts of the first type of FC1 fluid, at a temperature of 650 ° C (Tc1).
  • Tank 6 stores molten salts of the second type of FC2 fluid at a Tc2 temperature of 550 ° C.
  • the discharge of both tanks 2, 6 allows the plant to operate independently of the solar receiver 3, so that it can be continued even without the availability of the solar resource, either by the presence of clouds that block solar radiation or by finding Get in the night hours.
  • the other two tanks 1 and 5 correspond to those of low temperature of each of the fluids, (tank 1 fluid FC1 to Tf1 of 550 ° C, and tank 5 fluid FC2 to Tf2 of 290 ° C).
  • the solar thermal concentration receiver 3 is an absorber receiver located on top of a tower.
  • the solar thermal concentration receiver 3 is a receiver tube of a parabolic trough technology system.

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Abstract

Planta termosolar con generador de vapor supercrítico combinado, que comprende: - un receptor (3) de concentración solar térmica, - un circuito por el que circula un primer fluido caloportador FC1, que pasa por el receptor (3) de concentración solar térmica - un circuito por el que circula un segundo fluido caloportador FC2, de modo que la temperatura de FC2 es menor que la temperatura de FC1, -un intercambiador de calor (4) entre ambos circuitos -un tren (7) de generación de vapor supercrítico, con entradas para FC1, FC2 y un fluido de trabajo FT, y que comprende varios intercambiadores de calor, y -un circuito correspondiente al fluido de trabajo FT, con al menos una turbina (8) que trabaja con el vapor supercrítico generado en el tren (7) de generación de vapor supercrítico, y un condensador (9), siendo los rangos óptimos de temperaturas de trabajo de FC1 y FC2 distintos, y existiendo un solapamiento entre ellos.

Description

DESCRIPCIÓN
Planta termosolar con generador de vapor supercrítico combinado CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a una planta termosolar con generador de vapor supercrítico combinado, y más en particular está relacionada con la tecnología de plantas de concentración solar que emplean sales fundidas como fluido caloportador.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Dentro de la tecnología de concentración solar se pueden distinguir dos grandes bloques: concentración solar térmica y concentración solar fotovoltaica. El principio de funcionamiento de ambas se basan en el mismo concepto: usar un sistema óptico que concentre la luz. Dicha luz concentrada puede dirigirse para calentar un fluido que entre en un ciclo de turbina, en caso de térmica, o generar directamente electricidad vía efecto fotoeléctrico en un semiconductor, para el caso de fotovoltaica.
En el área de sistemas de concentración solar térmica las dos tecnologías que actualmente dominan el mercado son la de cilindro parabólico y la de torre.
La tecnología de cilindro parabólico consiste en un espejo parabólico que focaliza la luz en un tubo absorbedor por el que circula un fluido caloportador. Dicho fluido se calienta y se usa posteriormente para calentar vapor que se utiliza en un ciclo de turbina tradicional.
La tecnología de torre basa su funcionamiento en un campo de heliostatos (o grandes espe- jos móviles) que reflejan la luz en lo alto de una torre, en donde está localizado un receptor absorbedor por el que circula el fluido caloportador. En este receptor puede por ejemplo calentarse vapor de agua que se usa en ciclos de turbina tradicionales.
Existen en la actualidad diferentes diseños que logran alcanzar el mismo objetivo descrito anteriormente para las plantas termosolares usando también como fuente de aporte de energía al propio sol. Estas opciones difieren entre sí en el proceso intermedio de recolección y conversión de energía y dan lugar a tecnologías de receptor central diferentes, distinguiéndose, por ejemplo, entre receptores externos, de cavidad o volumétricos con aire, agua o sales fundidas como fluido caloportador. Cada una de estas tecnologías tiene, por sus características particulares, una serie de ventajas que la hace más recomendable en una determinada situación. Sin embargo, todas ellas comparten un objetivo común: alcanzar elevados rendimientos y permitir el almacenamiento energético (gestionabilidad). Dentro de las configuraciones habituales, se encuentran plantas con diferentes fluidos calo- portadores en el receptor y en el almacenamiento. Sin embargo, el estado de la técnica de los fluidos caloportadores para tecnología termosolar muestra la dificultad de encontrar fluidos que se adapten de manera adecuada al rango de temperatura deseado. Así, aquellos fluidos que permiten elevar la temperatura no presentan un buen comportamiento a bajas temperaturas y viceversa, aquellos que liberan al sistema de los problemas asociados a temperaturas de fusión elevadas no son capaces de alcanzar las altas temperaturas que optimizan los ciclos termodinámicos requeridos.
El documento US4265223 del estado de la técnica, centrado en la mejora del aprovéchamiento de la energía solar disponible, adapta el sistema de concentración solar para que sea capaz de almacenar la energía sobrante en ciertos momentos y emplearla cuando el recurso solar sea escaso. La filosofía descrita supone emplear diferentes fluidos de transferencia de calor para el proceso de absorción de energía y para el de conversión en energía eléctrica en el grupo turbina-generador. Se busca así que el fluido de trabajo en la turbina sea lo más ajeno posible a la disponibilidad de radiación solar, incluyendo para ello almacenamiento térmico en el fluido dedicado a la absorción de energía. En resumen, esta invención presenta la opción de usar un primer fluido para absorber la energía solar disponible en el receptor y almacenar en las temperaturas necesarias, y un segundo fluido, el de trabajo, para intercambiar calor con el primero según interese, pero mantiene las limitaciones actuales en tér- minos del máximo salto de temperatura posible para el fluido caloportador y la necesidad de disponer de un receptor solar con todo ese rango de temperaturas.
Precisamente esta última condición se aborda en el documento US20050126170. En esta invención, se muestra cómo podría evitarse el tener que alcanzar todo el salto de temperatura en un receptor solar de torre. En vez de eso, propone la utilización de un sistema de co- lectores cilindroparabólicos en los que se caliente el fluido caloportador hasta una primera temperatura para, a continuación, circular ese fluido hasta lo alto de una torre donde se encontraría un receptor solar que permitiría alcanzar un segundo nivel de temperatura, gracias a la energía concentrada proveniente de un campo de heliostatos. Comparte con la anterior invención el uso de almacenamiento térmico para permitir gestionar el aporte de calor al fluido de trabajo, que sería nuevamente el encargado de hacer girar la turbina generando energía eléctrica.
El uso de diferentes fluidos de transferencia de calor con el objetivo de evitar las limitaciones que imponen los fluidos comúnmente utilizados en plantas de este tipo se aborda también en el documento WO 2008108870 A1. Esta invención se centra en la utilización de un gas comprimido como fluido de absorción de energía en el sistema receptor, de manera que la máxima temperatura alcanzable es muy elevada al no presentar problemas relacionados con la estabilidad a alta temperatura, a la vez que permite la utilización de este mismo fluido a baja temperatura, al no solidificar como los fluidos en estado líquido típicos de estas plantas. De alguna manera se amplía el rango de temperaturas de trabajo en el receptor. Poste- riormente, para acomodar el sistema de almacenamiento térmico, esta invención dispone de un sistema de almacenamiento con bolas o partículas de reducido tamaño en estado sólido, permitiendo la carga y descarga del sistema de manera independiente, haciendo circular por esta 'cama de partículas' de almacenamiento el mismo o distinto gas, comprimido según sea necesario. Y posteriormente se emplearía este gas caliente como fluido de trabajo en turbi- ñas de gas independientes o ciclos combinados, o también para generar vapor sobrecalentado para alimentar una turbina de vapor. El enfoque de esta invención es eliminar fluidos en estado líquido como fluidos de absorción de energía, utilizando gases a altas presiones.
Los documentos WO 2012093354 A2 y WO 2012107811A2 se encuentran directamente relacionados con el almacenamiento térmico. WO 2012093354 A2 describe una configura- ción de planta en la que el fluido caloportador en el receptor solar sería agua/vapor, de manera que el vapor sobrecalentado obtenido serviría para mover la turbina de vapor directamente, y en un segundo camino, parte de dicho vapor se emplearía para calentar sales fundidas o algún metal fundido que sirviera como medio de almacenamiento térmico. El vapor a la salida de este intercambio con el fluido de almacenamiento térmico, estaría en estado de mezcla bifásica con parte líquida y parte vapor, y podría ser utilizado para precalentar otros sistemas, o el agua de alimentación o también almacenado en acumuladores de vapor a presiones inferiores. En el documento WO 2012107811A2 se describe un sistema similar pero con la incorporación de un tanque de almacenamiento a una temperatura intermedia entre la de los dos tanques de la primera de las patentes, que contaba con un tanque de almacenamiento del fluido caloportador a alta temperatura y otro para almacenarlo a baja temperatura.
Por tanto, en ambos documentos se encuentran soluciones para almacenar el calor sobrante recogido por el vapor en el receptor solar, pero no se aborda la problemática relacionada con los rangos de temperatura en el receptor ni la generación de vapor supercrítico poste- rior.
Como una solución a algunos de los problemas anteriores, se encuentra el documento US 2013/0292084 A1. En esta invención se describe una configuración de planta termosolar en la que se tiene un primer fluido de absorción de energía que circula por un receptor solar, un segundo fluido, el de trabajo, que sería agua/vapor, que es calentado en otro receptor solar hasta condiciones supercríticas, y un tercer fluido (igual o distinto del primero) que circula de un tanque frío a uno caliente y viceversa, a través de 2 intercambiadores de calor, intercambiando energía con los dos fluidos ya mencionados, cediendo o recibiendo calor según se trate del proceso de descarga o del de carga respectivamente. Es una combinación que permite separar el fluido de absorción de energía del de almacenamiento, y ambos del fluido de trabajo (agua/vapor). Aunque el aporte energético procedente del sol se aplica, cuando esté disponible, tanto al primer fluido caloportador como al segundo, es un sistema que podría funcionar, en caso de necesidad, directamente turbinando el vapor calentado en el segundo receptor solar. Desde este punto de vista, flexibiliza el almacenamiento térmico al separar en dos los fluidos caloportadores y permite aportar energía desde almacenamiento en caso de radiación solar escasa para mantener la operación de la turbina. Sin embargo, presenta una complejidad alta al disponer de dos receptores solares, de los cuales uno ha de contemplar la necesidad de soportar las altas presiones que involucran al vapor en condiciones supercríticas.
De esta manera, se encuentra que la forma habitual de proceder en las plantas termosolares es absorber la energía procedente del sol en un sólido o fluido, para a continuación ceder toda o parte de esta energía en un sistema generador de vapor, para, finalmente, mover una turbina gracias a este vapor, añadiendo además tanques para el almacenamiento térmico utilizando materiales caloportadores en estado sólido o como fluidos.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN Por tanto, el objeto de la invención es proporcionar una planta termosolar que permita un aumento de la eficiencia del ciclo termodinámico de manera sencilla.
La planta termosolar con generador de vapor supercrítico combinado de la invención comprende:
- un receptor de concentración solar térmica, - un circuito por el que circula un primer fluido caloportador FC1 , que pasa por el receptor de concentración solar térmica para el calentamiento del primer fluido caloportador FC1 , un circuito por el que circula un segundo fluido caloportador FC2, de modo que la temperatura de FC2 es menor que la temperatura de FC1 , - un intercambiador de calor (4) entre ambos circuitos para el calentamiento de
FC2 a partir de FC1 , un tren de generación de vapor supercrítico, con entradas para FC1 , FC2 y un fluido de trabajo FT, y que comprende varios intercambiadores de calor en los que FC1 y FC2 realizan el aporte de energía hacia el fluido de trabajo FT, y un circuito correspondiente al fluido de trabajo FT, con al menos una turbina que trabaja con el vapor supercrítico generado en el tren de generación de vapor supercrítico y un condensador, siendo los rangos óptimos de temperaturas de trabajo de FC1 y FC2 distintos, y existiendo un solapamiento entre ambos rangos de temperaturas.
La invención también se refiere a un procedimiento para la generación de energía eléctrica en una planta termosolar con generador de vapor supercrítico combinado, que comprende los siguientes pasos: - FC1 es bombeado desde el tanque frío de almacenamiento de FC1 , donde se encuentra a una temperatura Tf1 , hacia el receptor de concentración solar térmica, donde recoge la radiación solar concentrada y eleva su temperatura hasta Tr
- Circulación de FC1 por 3 caminos diferentes: a) Hacia el intercambiador de calor, donde se enfría hasta una temperatura Tf 1 y continúa hasta el tanque frío de almacenamiento de FC1. b) Hacia el tanque caliente de almacenamiento de FC1 donde es almacenado a Tc1 c) Hacia el tren de generación de vapor supercrítico, donde comunica energía al fluido de trabajo FT en el sobrecalentador de alta temperatura y en el recalentador de alta temperatura enfriándose hasta Tf1 , continuando hasta el tanque frío de almacenamiento de FC1.
- FC2 es bombeado desde el tanque frío de almacenamiento de FC2, donde se encuentra a una temperatura Tf2, hacia el intercambiador de calor, donde recoge la energía cedida por FC1 y eleva su temperatura hasta Tc2.
- Circulación de FC2 por 2 caminos diferentes: a) Hacia el tanque caliente de almacenamiento de FC2 donde es almacenado a Tc2 b) Hacia el tren de generación de vapor supercrítico, donde comunica energía al fluido de trabajo FT en el sobrecalentador de baja temperatura y en el recalentador de baja temperatura en paralelo, para juntarse a la salida de ambos y circular a través del evaporador y, a continuación, del economizador, reduciendo su temperatura hasta Tf2 a la salida del economizador , continuando hasta el tanque frío de almacenamiento de FC2. - El agua procedente del condensador es bombeada y enviada al tren de generación de vapor supercrítico
- El agua es precalentada mediante una serie de precalentadores, de modo que alcanza una temperatura Tp. - El agua circula sucesivamente por el economizador, el evaporador, el sobrecalentador de baja temperatura y el sobrecalentador de alta temperatura, para llegar a condiciones supercríticas de presión y temperatura a la salida del sobrecalentador de alta temperatura .
- El agua es enviada a la turbina de alta presión, donde realiza trabajo haciendo girar la turbina en torno a su eje.
- El agua sale de la turbina de alta presión y es enviada de nuevo al tren de generación de vapor supercrítico, donde circula sucesivamente a través del recalentador de baja temperatura y del recalentador de alta temperatura, obteniéndose vapor sobrecalentado. - El vapor sobrecalentado es turbinado en una segunda turbina, expandiéndose y realizando trabajo de nuevo, hasta llegar finalmente al condensador.
El hecho de que cada uno de los fluidos caloportadores ceda su energía en un rango distinto de temperaturas permite alcanzar mayores temperaturas y presiones finales en el vapor, lo que se traduce en un aumento de la eficiencia del ciclo termodinámico. La utilización de los dos fluidos caloportadores dota al sistema de una mayor libertad para el diseño, debido al hecho de que ambos fluidos caloportadores pueden operar en diferentes rangos de temperaturas y son coincidentes en una parte de dichos rangos. Ello permite cierta flexibilidad para poder optimizar el sistema de almacenamiento térmico en función de los costes de cada uno de los fluidos caloportadores. El hecho de trabajar con un ciclo supercrítico permite obtener un rendimiento del ciclo varios puntos por encima del rendimiento de los ciclos subcríticos, (se incrementa del 42% a más del 48%); ello implica un incremento en la producción cercano al 15%. El hecho de incrementar el rendimiento en el ciclo permite ir a menores tamaños en los equipos empleados en la planta, es decir, que para conseguir una misma potencia térmica de planta que con un ciclo subcrítico, con el ciclo supercrítico podemos emplear menores tamaños del receptor, así como menor tamaño de campo solar y menor número de heliostatos para una potencia eléctrica dada. Esto supone un ahorro importante no solo en coste, sino también en espacio, por lo que se puede construir plantas solares en fincas más pequeñas.
Asimismo, el hecho de tener dos circuitos con fluidos caloportadores que generan vapor otorga cierta redundancia al sistema, permitiendo el funcionamiento de la planta a carga parcial en el caso de que uno de los circuitos anteriores falle.
Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la siguiente descripción detallada de una realización ilustrativa y no limitativa de su objeto en relación con las figuras que se acompañan.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
Fig. 1 : muestra un esquema de una planta termosolar según una realización de la invención.
Fig. 2: muestra un esquema detallado del tren de generación de vapor supercrítico combinado de la planta termosolar de la invención.
Fig. 3: muestra la evolución de las temperaturas de uno de los fluidos caloportadores de la invención, de un fluido del estado de la técnica y del fluido de trabajo FT en el ciclo de trabajo.
Las referencias de las figuras 1 y 2 corresponden a los siguientes elementos:
1. Tanque frío de almacenamiento en sales (primer fluido caloportador FC1)
2. Tanque caliente de almacenamiento en sales (primer fluido caloportador FC1)
3. Receptor solar de sales fundidas (primer fluido caloportador FC1)
4. Intercambiador de calor sales-sales (primer fluido caloportador FC1 - segundo fluido caloportador FC2)
5. Tanque frío de almacenamiento en sales (segundo fluido caloportador FC2)
6. Tanque caliente de almacenamiento en sales (segundo fluido caloportador FC2)
7. Tren de generación de vapor supercrítico combinado
8. Turbina de alta
9. Condensador
10. Bombas 70. Economizador (segundo fluido caloportador FC2 - vapor)
71. Evaporador (segundo fluido caloportador FC2 - vapor)
72. Sobrecalentador de baja temperatura (segundo fluido caloportador FC2 - vapor)
73. Sobrecalentador de alta temperatura (primer fluido caloportador FC1 - vapor) 74. Recalentador de baja temperatura (segundo fluido caloportador FC2 - vapor)
75. Recalentador de alta temperatura (primer fluido caloportador FC1 - vapor)
FC1 : Primer fluido caloportador
FC2: Segundo fluido caloportador
FT: Fluido de trabajo Tf 1 : temperatura fría del primer fluido caloportador FC1
Tc1 : temperatura caliente del primer fluido caloportador FC1
Tf2: temperatura fría del segundo fluido caloportador FC2
Tc2: temperatura caliente del segundo fluido caloportador FC2
Tr: temperatura del receptor DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La invención consiste en una planta solar termoeléctrica con tecnología preferentemente de receptor central de torre que comprende dos fluidos caloportadores. El primer fluido caloportador (FC1) es calentado a elevadas temperaturas en el receptor 3 donde se concentra la radiación solar directa reflejada en multitud de helióstatos. El segundo fluido caloportador (FC2) es calentado a partir del primero en un intercambiador de calor 4. Ambos fluidos cederán su energía térmica al fluido de trabajo (FT) del sistema, que preferentemente es agua, y lo harán en un generador de vapor. Sin embargo, cada uno de los fluidos caloportadores cederá su energía en un rango distinto de temperatura, permitiendo de este modo alcanzar mayores temperaturas y presiones finales en el vapor, lo que se traduce en un aumento de la eficiencia del ciclo termodinámico. A continuación, se producirá la transformación de la energía térmica comunicada al vapor en energía mecánica, y posteriormente en energía eléctrica gracias al movimiento del eje de una turbina 8, solidario al del correspondiente generador. Estas elevadas temperaturas y presiones (supercríticas) en el vapor permiten al- canzar unos rendimientos del ciclo termodinámico Rankine mayores que los obtenidos actualmente.
El primer fluido caloportador FC1 que circula por el receptor 3 se calienta en un determinado rango de temperaturas siendo este intervalo entre 450°C y 700°C, inferior al de los recepto- res convencionales de sales fundidas que trabajan de 290°C a 565°C. Este menor gradiente o diferencia de temperaturas en la dirección longitudinal de los tubos del receptor 3 hace que se alcance una mayor homogeneización de las temperaturas en cada uno de los paneles de receptor 3 y por tanto que las tensiones térmicas del material sean inferiores.
Además, este primer fluido caloportador FC1 permite almacenar la energía térmica a muy alta temperatura (650 °C - 700 °C) debido a que presenta un elevado poder calorífico igual o superior a los 1 ,54 kJ/kgC a 565°C de los fluidos del estado del arte, e igual o superior al del segundo fluido caloportador FC2 en un 20%.
Por otro lado, el segundo fluido caloportador FC2 trabaja en un rango de temperaturas diferente al del primer fluido caloportador FC1 , permitiendo el almacenamiento energético a (450 °C - 565 °C) y, por consiguiente, la optimización del almacenamiento energético.
La utilización de ambos fluidos caloportadores dota al sistema descrito de una mayor libertad para el diseño, debido a que ambos fluidos, pudiendo operar en diferentes rangos de temperatura, son además coincidentes en una parte de dicho rango. En el caso del primer fluido caloportador FC1 de la invención, éste opera en un rango óptimo de 450°C-700°C, mientras que el segundo fluido caloportador FC2 de nuestra invención opera de manera óptima en un rango de temperatura de 290°C-565°C, coincidiendo por lo tanto en un rango de temperaturas en el que se puede operar con ambos fluidos caloportadores (450°C- 565°C). Este solapamiento nos confiere cierta flexibilidad para poder optimizar en el momento de diseño de la planta, el sistema de almacenamiento térmico en función del coste de cada uno de los reactivos ($/kWht), puesto que dependiendo del coste de los fluidos empleados, se puede utilizar mayor o menor cantidad de uno u otro fluido en el sistema. Teniendo en cuenta esto, y que la temperatura de almacenamiento del tanque frío de almacenamiento 1 del primer fluido caloportador FC1 y la temperatura de almacenamiento del tanque caliente de almacenamiento 6 del segundo fluido caloportador FC2 son coincidentes, podemos variar el valor de éstas dependiendo de cuál sea el fluido de mayor coste.
Para el caso, por ejemplo, en el que el primer fluido caloportador FC1 sea de un coste más elevado que el segundo fluido caloportador FC2, la diferencia de temperatura entre el tanque frío 1 y el tanque caliente 2 del fluido FC1 sería menor que la diferencia de temperatura entre el tanque frío 5 y el tanque caliente 6 del fluido FC2 (por ejemplo 565°C para el tanque frío 1 y 700 °C para el tanque caliente 2 del fluido FC1 , frente a 250° del tanque frío 5 y 565°C del tanque caliente 6 del fluido FC2, de manera que se utilice menos cantidad de fluido FC1 que de fluido FC2 en el sistema por ser éste más caro. Por el contrario, en el caso de que el fluido FC1 tenga un coste inferior al fluido FC2 la diferencia de temperatura entre el tanque frío 1 y el tanque caliente 2 del fluido FC1 sería mayor que la diferencia de temperatura entre el tanque frío 5 y el tanque caliente 6 del fluido FC2, usando así menos cantidad del fluido FC2 que del fluido FC1 (tanque frío 1 a 450°C y tanque caliente 2 a 700°C para el fluido FC1 , y tanque frío 5 a 290°C y tanque caliente 6 a 450°C para el fluido FC2).
La combinación de estos fluidos en el tren 7 de generación de vapor supercrítico permite finalmente trabajar con un ciclo de vapor supercrítico de muy alta eficiencia, superior al 48%. En particular, un ciclo de estas características exige unas presiones y temperaturas de trabajo superiores a lo habitual (por encima de los 240 bares, preferentemente en un rango de presión de 260 - 350 bares y en un rango de temperaturas de 620 °C - 680 °C), que, con la configuración típica de tren de generación de vapor con los fluidos convencionales, no resul- taría óptimo desde un punto de vista de la diferencia de temperaturas a la entrada y a la salida del SGS (sistema de generación de vapor).
Concretamente, según podemos observar en la figura 3, la diferencia de temperatura (T1- T3) entre un fluido caloportador del estado del arte y el fluido de trabajo FT (preferentemente, agua) a la salida del economizador 70, y la diferencia de temperatura (T2-T3) entre un fluido de la invención y el agua a la salida del economizador 70, es mucho mayor para el caso del fluido del estado del arte, lo que implica que en ese caso, no se está optimizando el uso de dicho intercambiador 4, teniendo que emplear una mayor cantidad de fluido del estado del arte para alcanzar la misma temperatura de fluido de trabajo FT que en el caso de nuestra invención con uno o varios de los fluidos mencionados FC1 , FC2. Para que todas las ventajas anteriormente explicadas se puedan combinar, se incorporan algunos equipos clave en el funcionamiento de la planta:
- Un intercambiador de calor 4 entre ambos fluidos caloportadores FC1 y FC2.
- Cuatro tipos de tanques de almacenamiento energético, dos tanques fríos 1 , 5 y dos tanques calientes 2, 6. El almacenamiento se realiza con dos fluidos caloportadores FC1 y FC2 diferentes, presentando ambos una buena capacidad calorífica (preferentemente igual o superior a 1 ,54 kJ/kgC a 565°C).
- Un tren 7 de generación de vapor supercrítico compartido (con dos fluidos caloportadores FC1 y FC2 y un fluido de trabajo FT). El funcionamiento normal de la planta sería entonces de la siguiente manera:
El primer fluido caloportador FC1 es bombeado desde su tanque de almacenamiento frío 1 donde puede encontrarse a una temperatura Tf1 (temperatura fría del fluido FC1) de entre 450 °C y 565 °C hasta lo alto de la torre, donde recoge la radiación concentrada y eleva su temperatura hasta Tr (temperatura del receptor) de entre 650 °C - 700 °C. Posteriormente, se circula este fluido FC1 por tres caminos diferentes: uno hacia el generador de vapor su- percrítico, otro hacia el intercambiador de calor 4 con el segundo fluido caloportador FC2 y finalmente, otro hacia el tanque de almacenamiento caliente 2 a muy alta temperatura Tc1 (temperatura caliente del fluido FC1) de entre 650 °C y 700 °C. Por otro lado, el segundo fluido caloportador FC2 alojado en su correspondiente tanque frío 5 a una Tf2 (temperatura fría del fluido FC2) de 290 °C será bombeado para hacerlo circular por el intercambiador de calor 4 donde recogerá la energía que le ceda el primer fluido calo- portador FC1 , elevando su temperatura hasta el valor deseado Tc2 (temperatura caliente del fluido FC2) de entre 450 °C - 565 °C. A continuación, seguirá dos caminos: uno hacia el generador de vapor supercrítico y otro hacia su tanque de almacenamiento caliente 6.
De esta manera, se estará almacenando la energía necesaria para permitir continuar con la producción de electricidad después de que se haya puesto el sol.
La configuración de planta propuesta cuenta con los siguientes elementos:
Tanque frío de almacenamiento 5 en sales (segundo fluido caloportador FC2) - Tanque caliente de almacenamiento 6 en sales (segundo fluido caloportador FC2)
Tanque frío de almacenamiento 1 en sales (primer fluido caloportador FC1)
Tanque caliente de almacenamiento 2 en sales (primer fluido caloportador FC1)
Receptor solar 3 de sales fundidas (primer fluido caloportador FC1)
Intercambiador de calor 4 sales-sales (primer fluido caloportador FC1 - segundo fluido caloportador FC2)
Tren 7 de generación de vapor supercrítico combinado, sales-vapor (primer fluido calo- portador FC1 - vapor; segundo fluido caloportador FC2 - vapor)
En una realización preferente, la configuración sería la mostrada en la figura 1.
En dicha figura 1 se observa que a la salida de cada uno de los tanques fríos de almacenamiento 1 , 5 y a la salida de cada uno de los tanques calientes de almacenamiento 2, 6 hay una bomba 10, permitiendo estas bombas 10 el bombeo del primer fluido caloportador FC1 y del segundo fluido caloportador FC2 en sus respectivos circuitos.
La figura 2 muestra el detalle de cómo sería el tren 7 de generación de vapor supercrítico combinado. Se describe a continuación cómo sería el funcionamiento del sistema en conjun- to.
En primer lugar, las sales fundidas (fluido FC1) almacenadas a una temperatura Tf 1 de 550 °C en un tanque 1 , son bombeadas a lo alto de la torre donde se encuentra un receptor solar
3. Dicho receptor solar 3 está constituido preferentemente por paneles formados a su vez por tubos verticales. La radiación solar es concentrada en la superficie exterior de estos tu- bos, comunicando la potencia necesaria para acometer el salto de temperatura deseado en el fluido FC1 , alcanzando los 650 °C (Tr) a la salida del receptor 3. Tras esto, el fluido FC1 ya caliente es circulado hacia tres equipos diferentes. Por un lado, se envía al intercambiador de calor 4, donde se enfriará hasta aproximadamente 550 °C (Tf1), para ser reconducido después al tanque de almacenamiento frío 1. Por otro lado, se envía al tren 7 de generación de vapor supercrítico entrando en nuestra realización preferente a 650 °C, donde comunica energía en dos de los equipos: el sobrecalentador de alta temperatura 73 y el recalentador de alta temperatura 75, enfriándose también hasta 550 °C (Tf1) para ser reconducido igualmente al tanque de almacenamiento frío 1. Por último, el tercero de los caminos tras el receptor solar 3 es enviar parte de este fluido FC1 directamente al tanque de almacenamiento caliente 2, donde será almacenado a 650 °C para disponer de él cuando no haya aporte solar al sistema, permitiendo mantener la operación de la planta. El tamaño del tanque de almacenamiento caliente 2 será tal que permita la operación al nivel de carga deseado durante las horas deseadas, según sean las especificaciones de diseño.
En segundo lugar, las sales fundidas que componen el fluido FC2 de diferente composición al fluido FC1 , tienen el siguiente recorrido. Son bombeadas inicialmente desde su tanque de almacenamiento frío 5 donde se encuentran preferentemente a 290°C (Tf2), hacia el intercambiador de calor sales-sales 4, donde recogerán la energía cedida por las sales del fluido FC1 , calentándose hasta 550 °C (Tc2). A continuación, la proporción necesaria de estas sales serán enviadas al tren 7 de generación de vapor supercrítico y circuladas a través va- rios de los equipos que lo componen. En primer lugar, se dividirán entre el sobrecalentador de baja temperatura 72 y el recalentador de baja temperatura 74 entrando en ellos preferentemente a 550°C. Posteriormente se juntarán de nuevo, homogeneizando su temperatura, para ser circuladas a través del evaporador 71 dónde entran a 500°C, y salen a 430°C, y después a través del economizador 70, reduciendo finalmente su temperatura hasta los 290 °C (Tf2) a la salida del economizador 70, y siendo ya entonces enviadas al tanque de alma- cenamiento frío 5 de nuevo. Por otro lado, las sales que no son enviadas al sistema 7 son directamente enviadas al tanque de almacenamiento caliente 6 donde son almacenadas a 550°C (Tc2). De esta manera, y junto con las sales del fluido FC1 almacenadas en el tanque 2, dotan a la planta del almacenamiento energético requerido para operar la planta de mane- ra continuada en un rango de temperaturas de 290 °C - 650 °C en el caso de esta realización preferente, pudiendo alcanzar hasta 700°C en configuraciones alternativas.
Por último, el tercero de los circuitos que componen la planta es el formado por el fluido de trabajo FT. En este caso se trata de agua/vapor a presión supercrítica. De manera que el agua procedente del condensador 9, es bombeada y circulada hacia el tren 7 de generación de vapor supercrítico. En el camino hacia dicho equipo, es precalentada de manera convencional mediante una serie de precalentadores alimentados con extracciones de las turbinas (no representadas). También dispondría en dicho camino intermedio de un desaireador (no representado), encargado de eliminar el aire que pueda arrastrar el agua en su camino. Una vez que el agua es precalentada hasta 240 °C, se introduce en el economizador 70 (fluido FC2-vapor) de donde sale a 390°C. Ahí continúa su calentamiento gracias a la energía aportada por las sales del fluido FC2, que circulan también por el equipo. A continuación, el agua sigue su camino a través de los equipos 71 , 72 y 73. La temperatura del agua a la salida del equipo 71 y entrada al equipo 72 es de 450°C. La temperatura de salida del equipo 72 y entrada al equipo 73 es de 490°C. Las condiciones del fluido de trabajo FT a la salida del so- brecalentador 73 son de 260 bares y 620 °C, encontrándose por tanto en condiciones super- críticas. A continuación es enviada hacia la turbina 8 de alta presión, donde realiza trabajo haciendo girar la turbina 8 en torno a su eje. Tras esta primera turbina 8 de alta presión, el agua es enviada de nuevo hacia el sistema 7, para ser recalentada de nuevo hasta los 620 °C al circular a través de los recalentadores 74 y 75, ya a menor presión (40 bar - 60 bar). De este modo, se logra tener vapor sobrecalentado que es turbinado en una segunda turbina de baja presión (no representada), expandiéndose y realizando trabajo de nuevo, hasta que finalmente llega al condensador 9.
Un ciclo termodinámico como el descrito aquí, tiene un rendimiento superior al 48 %, siendo esta la gran ventaja frente a los ciclos convencionales. El sistema de almacenamiento térmico está compuesto de cuatro tanques diferentes. El tanque 2 almacena sales fundidas del primer tipo de fluido FC1 , a una temperatura de 650 °C (Tc1). El tanque 6, almacena sales fundidas del segundo tipo de fluido FC2 a una temperatura Tc2 de 550 °C. La descarga de ambos tanques 2, 6 permite operar la planta de manera independiente al receptor solar 3, de forma que puede continuarse aún sin disponibilidad del recurso solar, ya sea por la presencia de nubes que bloqueen la radiación solar o por encon- trarse en las horas nocturnas. Los otros dos tanques 1 y 5 corresponden a los de baja temperatura de cada uno de los fluidos, (tanque 1 fluido FC1 a Tf1 de 550 °C, y tanque 5 fluido FC2 a Tf2 de 290 °C).
Preferentemente el receptor 3 de concentración solar térmica es un receptor absorbedor situado en lo alto de una torre. Según otra realización, el receptor 3 de concentración solar térmica es un tubo receptor de un sistema de tecnología cilindro parabólica.
Aunque la presente invención se ha descrito enteramente en conexión con realizaciones preferidas, es evidente que se pueden introducir aquellas modificaciones dentro de su alcance, no considerando éste como limitado por las anteriores realizaciones, sino por el con- tenido de las reivindicaciones siguientes.

Claims

REIVINDICACIONES
1. - Planta termosolar con generador de vapor supercrítico combinado, que comprende:
- un receptor (3) de concentración solar térmica,
- un circuito por el que circula un primer fluido caloportador FC1 , que pasa por el receptor (3) de concentración solar térmica para el calentamiento del primer fluido caloportador FC1 , un circuito por el que circula un segundo fluido caloportador FC2, de modo que la temperatura de FC2 es menor que la temperatura de FC1 , un intercambiador de calor (4) entre ambos circuitos para el calentamiento de FC2 a partir de FC1 , un tren (7) de generación de vapor supercrítico, con entradas para FC1 , FC2 y un fluido de trabajo FT, y que comprende varios intercambiadores de calor en los que FC1 y FC2 realizan el aporte de energía hacia el fluido de trabajo FT, y un circuito correspondiente al fluido de trabajo FT, con al menos una turbina (8) que trabaja con el vapor supercrítico generado en el tren (7) de generación de vapor supercrítico, y un condensador (9), siendo los rangos óptimos de temperaturas de trabajo de FC1 y FC2 distintos, y existiendo un solapamiento entre ambos rangos de temperaturas.
2. - Planta termosolar con generador de vapor supercrítico combinado según la reivindicación 1 , que además comprende:
- un tanque frío de almacenamiento (1) y un tanque caliente de almacenamiento (2) en el circuito por el que circula el primer fluido caloportador FC1 , y
- un tanque frío de almacenamiento (5) y un tanque caliente de almacenamiento (6) en el circuito por el que circula el segundo fluido caloportador FC2, de modo que la temperatura de almacenamiento del tanque frío de almacenamiento
(1) en el circuito por el que circula el primer fluido caloportador FC1 es igual a la temperatura de almacenamiento del tanque caliente de almacenamiento (6) en el circuito por el que circula el segundo fluido caloportador FC2.
3. - Planta termosolar con generador de vapor supercrítico combinado según la reivindicación 2, en la que: - el rango óptimo de temperaturas de FC1 es entre 450°C y 700°C, y
- el rango óptimo de temperaturas de FC2 es entre 290°C y 565°C, de modo que:
- el primer fluido caloportador FC1 se encuentra en el tanque frío de almacenamiento (1) a una temperatura entre 450°C y 565°C, - el primer fluido caloportador FC1 se encuentra en el tanque caliente de almacenamiento (2) a una temperatura entre 650°C y 700°C,
- el segundo fluido caloportador FC2 se encuentra en el tanque frío de almacenamiento (5) a una temperatura de 290°C, y
- el segundo fluido caloportador FC2 se encuentra en el tanque caliente de almacenamiento (6) a una temperatura entre 450°C y 565°C.
4.- Planta termosolar con generador de vapor supercrítico combinado según la reivindicación 2 ó 3, que además comprende una bomba (10) a la salida de cada uno de los tanques fríos de almacenamiento (1 , 5) y a la salida de cada uno de los tanques calientes de almacenamiento (2, 6).
5.- Planta termosolar con generador de vapor supercrítico combinado según cualquiera de la reivindicaciones anteriores, en la que los intercambiadores de calor del tren (7) de generación de vapor supercrítico en los que FC1 y FC2 realizan el aporte de energía hacia el fluido de trabajo FT están dispuestos en serie y en paralelo.
6. - Planta termosolar con generador de vapor supercrítico combinado según la reivindicación 5, en la que los intercambiadores de calor del tren (7) de generación de vapor supercrítico son un sobrecalentador de baja temperatura (72), un sobrecalentador de alta temperatura (73), un recalentador de baja temperatura (74), un recalentador de alta temperatura (75), un evaporador (71) y un economizador (70), de modo que el economizador (70), el evaporador
(71) , el sobrecalentador de baja temperatura (72) y el sobrecalentador de alta temperatura (73) se encuentran dispuestos en serie, el recalentador de alta temperatura (75) está dispuesto en paralelo con el sobrecalentador de alta temperatura (73) y el recalentador de baja temperatura (74) está dispuesto en paralelo con el sobrecalentador de baja temperatura
(72) .
7. - Planta termosolar con generador de vapor supercrítico combinado según cualquiera de la reivindicaciones anteriores, en la que FC1 y FC2 son sales fundidas.
8. - Planta termosolar con generador de vapor supercrítico combinado según cualquiera de la reivindicaciones anteriores, en la que el fluido de trabajo FT es agua.
9. - Planta termosolar con generador de vapor supercrítico combinado según cualquiera de la reivindicaciones anteriores, en la que el receptor (3) de concentración solar térmica es un receptor absorbedor situado en lo alto de una torre.
10. - Planta termosolar con generador de vapor supercrítico combinado según cualquiera de la reivindicaciones 1 a 7, en la que el receptor (3) de concentración solar térmica es un tubo receptor de un sistema de tecnología cilindro parabólica.
1 1. - Planta termosolar con generador de vapor supercrítico combinado según cualquiera de la reivindicaciones anteriores, que comprende una turbina de alta presión y una segunda turbina.
12. - Procedimiento para la generación de energía eléctrica en una planta termosolar con generador de vapor supercrítico combinado de las reivindicaciones 8-1 1 , que comprende los siguientes pasos: - FC1 es bombeado desde el tanque frío de almacenamiento (1) de FC1 , donde se encuentra a una temperatura Tf1 , hacia el receptor (3) de concentración solar térmica, donde recoge la radiación solar concentrada y eleva su temperatura hasta Tr
- Circulación de FC1 por 3 caminos diferentes: a) Hacia el intercambiador de calor (4), donde se enfría hasta una temperatura Tf 1 y continúa hasta el tanque frío de almacenamiento (1) de FC1. b) Hacia el tanque caliente de almacenamiento (2) de FC1 donde es almacenado a Tc1 c) Hacia el tren (7) de generación de vapor supercrítico, donde comunica energía al fluido de trabajo FT en el sobrecalentador de alta temperatura (73) y en el recalentador de alta temperatura (75) enfriándose hasta Tf1 , continuando hasta el tanque frío de almacenamiento (1) de FC1.
- FC2 es bombeado desde el tanque frío de almacenamiento (5) de FC2, donde se encuentra a una temperatura Tf2, hacia el intercambiador de calor (4), donde recoge la energía cedida por FC1 y eleva su temperatura hasta Tc2. - Circulación de FC2 por 2 caminos diferentes: a) Hacia el tanque caliente de almacenamiento (6) de FC2 donde es almacenado a Tc2 b) Hacia el tren (7) de generación de vapor supercrítico, donde comunica energía al fluido de trabajo FT en el sobrecalentador de baja temperatura (72) y en el recalentador de baja temperatura (74) en paralelo, para juntarse a la salida de ambos y circular a través del evaporador (71) y, a continuación, del economizador (70), reduciendo su temperatura hasta Tf2 a la salida del economizador (70), continuando hasta el tanque frío de almacenamiento (5) de FC2.
- El agua procedente del condensador (9) es bombeada y enviada al tren (7) de generación de vapor supercrítico - El agua es precalentada mediante una serie de precalentadores, de modo que alcanza una temperatura Tp.
- El agua circula sucesivamente por el economizador (70), el evaporador (71), el sobrecalentador de baja temperatura (72) y el sobrecalentador de alta temperatura (73), para llegar a condiciones supercríticas de presión y temperatura a la salida del sobrecalentador de alta temperatura (73).
- El agua es enviada a la turbina (8) de alta, donde realiza trabajo haciendo girar la turbina (8) en torno a su eje.
- El agua sale de la turbina (8) de alta y es enviada de nuevo al tren (7) de generación de vapor supercrítico, donde circula sucesivamente a través del recalentador de baja temperatura (74) y del recalentador de alta temperatura (75), obteniéndose vapor sobrecalentado.
- El vapor sobrecalentado es turbinado en una segunda turbina, expandiéndose y realizando trabajo de nuevo, hasta llegar finalmente al condensador (9).
13.- Procedimiento para la generación de energía eléctrica según la reivindicación 12, en el que Tf1 está entre 450°C y 565°C, Tr está entre 650°C y 700°C, Tc1 está entre 650°C y 700°C, Tf2 es 290°C, Tc2 está entre 450°C y 565°C, Tp es de 240°C, y las condiciones supercríticas de presión y temperatura a la salida del sobrecalentador de alta temperatura (73) son 260 bar y 620°C, respectivamente.
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