WO2017079855A1 - Central termosolar y proceso de transformación de radiación solar en energías química y eléctrica - Google Patents

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WO2017079855A1
WO2017079855A1 PCT/CL2016/050060 CL2016050060W WO2017079855A1 WO 2017079855 A1 WO2017079855 A1 WO 2017079855A1 CL 2016050060 W CL2016050060 W CL 2016050060W WO 2017079855 A1 WO2017079855 A1 WO 2017079855A1
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steam
energy
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boiler
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PCT/CL2016/050060
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Vladimir CHIBIZOV
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Pontificia Universidad Católica De Chile
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    • 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 belongs to the area of the production of electrical energy in solar power plants by means of solar radiation concentrators and a process based on a steam-force cycla, product of the transformation of thermal energy into mechanical power.
  • a current solar thermal power plant corresponds to a system consisting basically of three blocks for the transformation of energy: a Solar Field, a
  • the "Thermal Warehouse” block is designed to store and store for a short period of time, the thermal energy provided by the operation of the Solar Thermal Power Plant during the nights.
  • the melt of the mixture of sodium nitrate and potassium nitrate, whose reaction is shown in equation (i), is used as the working body for energy transformation.
  • the equilibrium (i) shifts to the right, producing the absorption of thermal energy (-E), and when the accumulator is discharged, the generation (+ E) of thermal energy, and then the equilibrium (i) shifts to the left
  • thermal energy storage is very low (0.04 kWh / kg). Therefore, huge tanks of 25 to 45 thousand tons are used to store the energy at 400 ° C, which double the construction cost.
  • WO201501 1315 describes a solar thermal power plant in which heat storage can be performed at various levels. For this, different working liquids are used, which are stored in different reservoirs at different temperatures.
  • WO2014094079 describes a solar thermal power plant in which thermal solar energy is transformed into electricity with the Rankine cycle shared with the Pelton turbine.
  • WO2013076105 (A2 describes an energy transformation system, comprising a solar module, a device for transforming water into steam, an electrolyser and devices for storing hydrogen and oxygen separately. Solar heat is transformed in the energy of the chemical bonds HH and OO. In this way, the accumulated energy is stored for an unlimited time.
  • chemical energy is transformed into thermal energy of combustion products (aqueous vapor) of high temperature
  • a high temperature gas turbine is used for the transformation of thermal energy, in mechanical work and to generate electricity.
  • the present invention solves the problem of a more efficient conversion of solar energy into electrical energy.
  • the work of the plant is based on the process of the transformation of solar radiation into chemical energy, which is used, both for the storage of transformed solar energy, and for obtaining electrical energy with the steam-force cylla of high efficiency, in which a binary work body is used.
  • High-density chemical energy can be preserved without loss at room temperature for an unlimited time, and used as needed, to obtain high-pressure aqueous steam (to spin the turbine and produce electricity).
  • the binary work body allows to reuse the discarded aqueous steam (steam after the turbine, without loss of energy at the stage of steam condensation.
  • Figure 1 consists of a scheme of a prior art solar thermal power plant.
  • Figure 2 consists of a diagram of the Solar Thermal Power Plant during a work day according to a modality of the present invention.
  • Figure 3 consists of a scheme of the Solar Thermal Power Plant in a night shift according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention corresponds to an energy transformation system (Fig. 1 and Fig. 2) comprising two blocks: Solar Field (I) and Module of Force with Storage of Chemical Energy (II).
  • the invention also relates to the generation process associated with said system.
  • the Solar Field block (I) solar radiation is concentrated through a plurality of parabolic mirror concentrators (1) or with the help of heliostats, which heats a fluid flow or first work body that circulates through a plurality of ducts, and that is heated to about 300 ° C.
  • the first working body for the transformation of the energy it preferably uses oil, which is supplied to the Solar Field block (I) by at least one pipe (18) and is extracted from said Solar Field block (I) by at least a pipe (19).
  • a second working body is used, consisting of three components: a chemical combination A, a chemical combination B and water (ABA). Said second body of work has the property of accumulating solar energy in the form of energy from the chemical bonds with the forced dehydration of the solution.
  • alkalis, acids and salts with high hydration energy can be used, for example, the mixture of sodium and potassium hydroxides, or the mixture of sulfuric and phosphoric acids, or the mixture of lithium chloride and magnesium chloride.
  • the work of accumulating chemical energy can be illustrated with equilibrium (ii).
  • the charge for the accumulation of energy is carried out with dehydration (the reaction that is carried out from left to right).
  • the water from the solution it can be removed in the form of the gas (steam) [aq] G or in the form of the liquid phase [aq] L. Technologically it is preferable to remove water in the form of aqueous vapor, which can be reused.
  • the coordination compounds are formed with the cations of the S group metals from the periodic table (for example: Li (OH2) 4] + + [Mg (OH2) 6] 2+ ). Since the ligands are the molecules of water, during charging, the absorption (-E) of thermal energy (solar) and its transformation into chemical energy (energy of the chemical bonds Me-O) is carried out.
  • the discharge of the accumulation is done by hydrating the solutions, which can be done with water, both in the form of liquid [aq] L, and in steam [aq] G.
  • dehydrating the reaction (ii) it is carried out in the opposite direction.
  • the destruction of coordination compounds is accompanied by the transformation of chemical energy into other types of energy, usually thermal (+ E).
  • Anion hydration can be dispensed with, since hydrogen bond energy is a minor order. If we do not have contact with water or corrosion of the container in which the concentrated salt solution is, the storage time of chemical energy is undefined.
  • a rotary thin film evaporator (2) which corresponds to a vertically arranged cylindrical apparatus, comprising an inner cylinder and a cylinder outside leaving a space or jacket between them for the circulation of the oil, where inside the cylinder the diluted solution ABA, under gravity, flows in a thin layer down the hot surface of said evaporator (2).
  • a scraper mixer that rotationally scratches the inner surface of the inner cylinder, the concentration of the Chemical combinations in the surface layer constantly change, which ensures high evaporation rate of water.
  • the ABA concentrated solution is formed, which is supplied by at least one pipe (20) to a pond (3) to store ABA concentrated solution and to an energy boiler-transformer (6) chemistry.
  • the "vapor after evaporator" is formed, which by at least one pipe (13) is supplied to a kinetic steam transfromador (7).
  • the kinetic steam transformer (7) after the rotary thin film evaporator (2) serves to partially condense the steam into water and to create a reduced pressure on the rotary thin film evaporator (2).
  • the reduced pressure produces the increase in water evaporation efficiency of the diluted ABA solution.
  • the kinetic steam transformer (7) includes a Laval nozzle.
  • the high pressure steam is supplied to the transformer (7) by at least one tube (17), and the medium pressure steam is diverted through at least one tube (14), while at least one tube (22) , the condensate of liquid water that is accumulated in a pond for liquid water storage (4) is diverted.
  • the chemical energy transforming boiler (6) serves to obtain the high pressure steam, which is diverted through at least one tube (15) and preferably, used to spin at least one turbine (8) and to generate electric power with a generator (9).
  • the principle of operation of the boiler-transformer (6) is based on the thermochemical process of hydration of the ABA concentrated solution, preferably with steam after the turbine (8), which is diverted from the turbine (8) by at least a pipe (24) and is supplied to the boiler-transformer (6) by means of a pump (12), by at least one pipe (25).
  • the high pressure steam which is formed in the boiler-transformer (6), is extracted through at least one tube (15) and is supplied to the turbine (8) by at least one pipe (16).
  • the diluted solution ABA is also formed, which through at least one tube (21) deviates from the boiler-transformer (6) and a pond (5) is supplied to store the solution diluted ABA, being driven by a pump (1 1).
  • the transformation and accumulation of solar energy in the form of chemical energy is carried out, and only part of that energy is transformed into electrical energy.
  • the kinetic steam transformer (7) operates, in which the condensate (liquid water) is formed and stored in the pond (4).
  • both steam after turbine (8) (low pressure steam) and steam after kinetic transformation of steam (medium pressure steam) are used. Liquid water is used only to compensate for irrevocable insignificant losses to the atmosphere.
  • the Solar Thermal Power Plant During the operation of the Solar Thermal Power Plant at night, the Solar Field (I) is not used, and the kinetic steam transformer (7) is turned off. The production of electrical energy is done with the consumption of chemical energy.
  • To hydrate the ABA concentrated solution both the steam after the turbine (8) (low pressure steam) and the tank condensate (4) are used. Water is consumed to release chemical energy in the form of heat, which heats the steam after the turbine (8), which is accompanied by increased pressure of steam and makes it suitable for supply to the turbine (8) and generate electricity.
  • the advantage is that there are no water losses, since it is preserved in the form of the diluted ABA solution.
  • Oil heating which flows through the tubes arranged in the focus of the parabolic mirrors or in a container on the top of a solar tower;
  • One of the advantages of the present invention is that primary energy (solar radiation) is transformed into chemical energy.
  • primary energy can be stored without loss for unlimited time at room temperature, but more importantly, chemical energy, as one of the forms of the body's internal energy, can easily be transformed into another form of energy. internal energy of the body, particularly in thermal energy.
  • This makes it possible to organize the steam-force thermodynamic cyclame in a new way, without the steam condensation stage after the water turbine, such as the Rankine cycle, and without subsequent evaporation of this water to obtain the steam, which after overheating is use to be transformed into mechanical power. Then, the solar thermal power plant of the present invention has a higher efficiency of converting solar radiation into electricity.
  • the density of chemical energy storage is between 0.26 and 1, 03 kWh / kg and depends on both the compound and chemical properties of the composition of the trinary system ABA, as well as the hydration method of the ABA concentrate: when hydrating the water liquid from 0.26 kWh / kg to 0.31 kWh / kg., while hydrating with aqueous steam it can reach up to 01, 03 kWh / kg. Then, the density of chemical energy is from 7 to 26 times higher than the density of thermal energy in the form of the melt of the Na-K saltpeter mixture, for example. This means that the volume of the tanks for energy storage can be reduced in the same proportion.
  • the oil temperature up to 300 ° C is sufficient, representing an additional advantage of the present invention, since it facilitates the systems for obtaining and using the hot oil.
  • the main advantage of the present invention is that the emission of a large amount of energy from the primary source (55% of the primary energy) that remains in the steam after passing through the turbine is reduced to the atmosphere.
  • the present invention further corresponds to a process for the transformation of solar radiation into electrical energy using the binary work body in which the functions of a thermochemical energy accumulator for the operation of the day and night station are combined, and a converter of chemical energy into mechanical force for the generation of electricity.
  • the present invention makes it possible to significantly reduce the energy losses associated with the transformation of the work body. This is the basis of the increase in the efficiency of the Thermosolar plant with respect to similar technologies used today.
  • the storage temperature is equal to the ambient temperature and the energy storage time is Unlimited.

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Abstract

Un sistema de transformación de energía solar en energía eléctrica y proceso asociado, que comprende dos bloques: un bloque de campo solar y módulo de fuerza con almacenamiento de energía química, donde el bloque de campo solar comprende una pluralidad de concentradores de espejos parabólicos o helióstatos, que calienta un primer cuerpo de trabajo que circula por una pluralidad de ductos, un dispositivo de impulsión del primer cuerpo de trabajo que inyecta a la pluralidad de concentradores parabólicos a través de al menos una tubería, y al menos una tubería de extracción, donde el primer cuerpo de trabajo calentado es enviado al bloque módulo de fuerza con almacenamiento de energía química; y donde el bloque de módulo de fuerza con almacenamiento de energía química comprende un evaporador de película fina rotatorio, que recibe el primer cuerpo de trabajo calentado y donde una solución diluida de combinaciones químicas A y B y agua (ABA) como segundo cuerpo de trabajo desciende por la superficie del evaporador, evaporando el agua, comprende además un estanque para almacenar solución concentrada ABA, un transformador cinético del vapor que recibe el vapor desde evaporador de película fina rotatorio, una caldera-transformadora, al menos una turbina que recibe el vapor desde dicha caldera, un generador conectado a dicha turbina; un estanque para almacenamiento de agua líquida y un estanque de solución diluida de ABA, que recibe la solución diluida desde la caldera.

Description

CENTRAL TERMOSOLAR Y PROCESO DE TRANSFORMACIÓN DE
RADIACIÓN SOLAR EN ENERGÍAS QUÍMICA Y ELÉCTRICA
CAMPO DE APLICACIÓN
La presente invención pertenece al área de la producción de energía eléctrica en las centrales solares mediante concentradores de radiación solar y un proceso basado en un cíelo vapor-fuerza producto de la transformación de la energía térmica en potencia mecánica.
ANTECEDENTES
Un central termosolar actual corresponde a un sistema compuesto básicamente de tres bloques para la transformación de la energía: un Campo Solar, un
Almacén Térmico y un Módulo de Fuerza.
En el bloque del "Campo Solar", la radiación solar se concentra a través de espejos parabólicos o con ayuda de heliostatos, y calienta a un cuerpo de trabajo o fluido que es utilizado posteriormente. Como cuerpo de trabajo, se utiliza en muchos casos aceite para la transformación de la energía.
El bloque "Almacén Térmico" está diseñado para almacenar y guardar por un período corto de tiempo, la energía térmica que proporciona el funcionamiento de la Central Termosolar durante las noches. Como cuerpo de trabajo para la transformación de la energía se utiliza el fundido de la mezcla del nitrato de sodio y nitrato de potasio, cuya reacción se muestra en la ecuación (i). Al cargar un acumulador, el equilibrio (i) se desplaza a la derecha, produciéndise la absorción de la energía térmica (-E), y al descargar el acumulador, se produce la generación (+E) de la energía térmica, y entonces el equilibrio (i) se desplaza a la izquierda
[NaN03 +
Figure imgf000004_0001
{T = 400 " C} ± E (i)
La densidad del almacenamiento de la energía térmica es muy bajo (0,04 kWh/kg). Por lo tanto, para almacenar la energía a 400°C se usan estanques enormes de 25 a 45 mil toneladas, que duplican el costo de construcción.
En el bloque de Módulo de Fuerza, como cuerpo de trabajo para la transformación de la energía se utiliza agua. El vapor de agua se produce a alta presión para luego ser llevado a una turbina donde es expandido para generar un trabajo mecánico en el eje de dicha turbina (este eje, está solidariamente unido a un generador eléctrico, el cual produce electricidad en la central térmica). El vapor de baja presión que sale de la turbina se introduce en un condensador, equipo donde el vapor se condensa y cambia al estado líquido (habitualmente el calor es evacuado mediante una corriente de refrigeración procedente de un río). Posteriormente, una bomba se encarga de aumentar la presión del fluido en fase líquida para volver a introducirlo nuevamente en la caldera, cerrando de esta manera el ciclo. Este tipo de tecnología está basada en el ciclo termodinámico de Rankine, inventado hace 140 años atrás para las máquinas a vapor. El ciclo Rankine no es eficiente, porque el vapor que sale de la turbina, y que contiene casi 55% de la energía primaria, no se reutiliza, y en consecuencia, la eficiencia de transformación de la energía de los combustibles en electricidad no es más que 35%.
Las centrales eléctricas termosolares actuales, no son competitivas frente a las centrales termoeléctricas de carbón y de petróleo. En efecto, el costo de un MWh eléctrico producido en base a energía solar es 2,4 veces más caro que el MWh producido por una central de carbón. La eficiencia de la transformación de la energía solar en electricidad es 15%.
En el estado del arte previo se han podido identificar los siguientes documentos que se pueden relacionar con estos tipos de tecnología
El documento WO201501 1315 describeuna central termo solar en la cual el almacenamiento de calor puede ser realizado en varios niveles. Para ello, se usan distintos líquidos de trabajo, que se almacenan en distintos reservónos a distintas temperaturas.
El documento WO2014094079 describe una central termo solar en la cual la energía solar térmica se transforma en la electricidad con el ciclo Rankine compartido con la turbina Pelton.
En el documento US2014033708 (A1 ) se describeuna central termo solar, para la cual se usan dos ciclos de la transformación de la energía. En el primer ciclo se usa el Heat Transfer Fluid (HTF), donde el líquido de trabajo corresponde al fundido de sales. El HTF se calienta hasta 400°C mediante concentradores parabólicos de calor solar y se almacena en un recipiente con aislamiento térmico fuerte. El segundo ciclo, es el ciclo clásico de Rankine, donde el cuerpo de trabajo es el agua. Para aumentar la densidad del almacenamiento de la energía térmica, se usa la humidificación del fundido de HTF, que ha sido enfriado (hasta 290°C), después de obtener el vapor. Entonces, con las reacciones exotérmicas, se genera el calor adicional que se utiliza. Así se logra incrementar la eficiencia de la central solar. En el documento WO2013045317 (A1 ), se describen una coposición de sal para la central solar térmica, y el método de su obtención. A comparación con las soluciones conocidas, la mezcla de las sales fundidas tiene una capacidad calorífica elevada.
El documento WO2013076105 (A2 describe un sistema de transformación de energía, que comprende de un módulo solar, un dispositivo para transformar el agua en el vapor, un electrolizador y unos dispositivos para almacenar el hidrógeno y el oxígeno por separado. El calor solar se transforma en la energía de los enlaces químicos H-H y O-O. De esa forma, la energía acumulada se almacena por tiempo illimitado. Al combustionar el hidrógeno en el oxígeno, la energía química se transforma en energía térmica de los productos de combustión (vapor acuoso) de alta temperatura. Para generar la energía eléctrica, se usa una turbina a gas de alta temperatura. Para la transformación de la energía térmica, en el trabajo mecánico y para generar electricidad, se usa el ciclo termodinámico abierto Brayton.
PROBLEMA TÉCNICO
Las innovaciones en el campo de la energía solar son posibles sólo con el incremento de la eficiencia de las centrales solares. Para continuar su desarrollo eficiente y competitivo, se deben solucionar dos problemas técnicos: a) Disminución de las pérdidas de energía, durante su transformación en la potencia mecánica.
b) Acumulación y almacenamiento de la energía solar en forma de cualquier energía de alta densidad para el trabajo de las centrales eléctricas durante la noche, o en los días nublados; SOLUCIÓN TÉCNICA
La presente invención resuelve el problema de una conversión más eficiente de la energía solar en la energía eléctrica. El trabajo de la central se basa en el proceso de la transformación de la radiación solar en energía química, que se usa, tanto para el almacenamiento de la energía solar transformada, como para la obtención de la energía eléctrica con el cíelo vapor-fuerza de alta eficiencia, en el cual se utiliza un cuerpo de trabajo binario.
La energía química de alta densidad puede ser preservada sin perdidas a temperatura ambiente por tiempo illimitado, y usada según necesidad, para la obtención del vapor acuoso de alta presión (para hacer girar la turbina y producir electricidad). El cuerpo de trabajo binario, permite reutilizar el vapor acuoso desechado (vapor después de la turbina, sin perdidas de energía en el etapa de la condensación del vapor.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La figura 1 consiste en un esquema de una Central Termosolar del Arte Previo.
La figura 2 consiste en un esquema de la Central Termosolar durante una jornada de trabajo de acuerdo a una modalidad de la presente invención.
La figura 3 consiste en un esquema de la Central Termosolar en una jornada nocturna de acuerdo a una modalidad de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La presente invención corresponde a un sistema de la transformación de la energía (Fig.1 y Fig.2) que comprende dos bloques: Campo Solar (I) y Módulo de Fuerza con Almacenamiento de Energía Química (II). La invención se relaciona además al proceso de generación asociado a dicho sistema.
En el bloque Campo Solar (I), la radiación solar se concentra a través de una pluralidad de concentradores de espejos parabólicos (1 ) o con la ayuda de heliostatos, que calienta un flujo de fluido o primer cuerpo de trabajo que circula por una pluralidad de ductos, y que es calentado hasta unos 300°C. Como primer cuerpo de trabajo para la transformación de la energíase utiliza preferentemente aceite, el cual se suministra al bloque de Campo Solar (I) mediante al menos una tubería (18) y es extraido de dicho bloque de Campo Solar (I) mediante al menos una tubería (19).
En el bloque Módulo de Fuerza con Almacenamiento de Energía Química (II), se utiliza un segundo cuerpo de trabajo compuesto por tres componentes: una combinación química A, una combinación química B y agua (ABA). Dicho segundo cuerpo de trabajo tiene la propiedad de acumular la energía solar en forma de energía de los enlaces químicos con la deshidratacion obligada de la solución.
Como ejemplo de combinaciones químicas A y B, se puede usar los álcalis, ácidos y sales con alta energía de hidratación, por ejemplo, la mezcla de los hidróxidos de sodio y potasio, o la mezcla de los ácidos sulfúrico y fosfórico, o la mezcla de cloruro de litio y cloruro de magnesio. El trabajo de acumular la energía química puede ser ilustrado con el equilibrio (ii).
[M■ aq] + + [Me■ aq]2+ + AQ <→ [M(OH2)4]+ + [Me(OH2)6]2+ + {[aq]G ó [aq]L] T +AQ ± E (ii)
La carga para la acumulación de energía se lleva a cabo con la deshidratacion (la reacción que se realiza de izquierda a derecha). El agua desde la solución puede eliminarse en forma del gas (vapor) [aq]G o en forma de la fase líquida [aq]L. Tecnológicamente es preferible eliminar el agua en forma del vapor acuoso, la cual se puede volver a usar. En la solución concentrada se forman los compuestos de coordinación con los cationes de los metales del grupo S de la tabla periódica (por ejemplo: Li(OH2)4]+ + [Mg(OH2)6]2+). Como los ligandos son las moléculas del agua, durante la carga, se realiza la absorción (-E) de la energía térmica (solar) y su transformación en la energía química (energía de los enlaces químicas Me-O).
La descarga de la acumulación se realiza al hidratar las soluciones, que se puede hacer con el agua, tanto en forma del líquido [aq]L, como en vapor [aq]G. Al deshidratar la reacción (ii), ésta se realiza en la dirección opuesta. La destrucción de los compuestos de coordinación se acompaña con la transformación de la energía química en otros tipos de energía, generalmente en térmica (+E). Se puede prescindir la hidratación de los aniones, puesto que la energía del enlace del hidrógeno es un orden menor. Si no tenemos el contacto con el agua ni la corrosión del recipiente en el cual está la solución concentrada de la sal, el tiempo de almacenamiento de la energía química es indefinido.
El proceso de la transformación de la energía térmica del aceite, por ejemplo, en la energía química, se realiza en un evaporador de película fina rotatorio (2), que corresponde a un aparato cilindrico dispuesto verticalmente, que comprende un cilindro interior y un cilindro exterior dejando un espacio o camisa entre ellos para la circulación del aceite, donde en el interior del cilindro la solución diluida ABA, bajo acción de gravedad, fluye en capa fina hacia abajo por la superficie caliente de dicho evaporador (2). Al mezclar con una mezcladora rascadora que rasca rotativamante la superficie interna del cilindro interior, la concentración de las combinaciones químicas en la capa superficial cambia constantemente, lo que asegura alta velocidad de evaporación del agua. En el evaporador de película fina rotatorio (2), se forma la solución concentrada ABA, que se suministra por al menos una tubería (20) hacia un estanque (3) para almacener solución concentrada ABA y a una caldera-transformadora (6) de energía química. Ademas, al producirse la deshidratación, se forma el «vapor después del evaporador», que por al menos una tubería (13) se suministra a un transfromador cinético del vapor (7).
El transformador cinético del vapor (7) posterior al evaporador de película fina rotatorio (2), sirve para la condensación parcial del vapor en agua y para crear una presión reducida en el evaporador de película fina rotatorio (2). La presión reducida produce el aumento de eficiencia de la evaporación del agua de la solución diluida ABA. En una modalidad de la invención, el transformador cinético del vapor (7), incluye una tobera de Laval. Al transformador (7), se suministra el vapor de alta presión por al menos un tubo (17), y a través de al menos un tubo (14) se desvia el vapor de media presión, mientras que por al menos un tubo (22), se desvía el condensado de agua líquida que es acumulado en un estanque para almacenamiento de agua líquida (4).
La caldera transformadora de la energía química (6) sirve para obtener el vapor de alta presión, el cual es desviado a través de al menos un tubo (15) y preferiblemente, utilizado para hacer girar al menos una turbina (8) y para generar energía eléctrica con un generador (9). El principio del funcionamiento de la caldera-transformadora (6) se basa en el proceso termoquímico de hidratación de la solución concentrada ABA, preferiblemente, con el vapor después de la turbina (8), el cual se desvia de la turbina (8) mediante al menos una tubería (24) y se suministra a la caldera-transformadora (6) mediante una bomba (12), por al menos una tubería (25).
El vapor de alta presión, que se forma en la caldera-transformadora (6), se es extraído a través de al menos un tubo (15) y se suministra a la turbina (8) por al menos una tubería (16). En la caldera-transformadora (6), también se forma la solución diluida ABA, que a través de al menos un tubo (21 ) se desvia de la caldera-transformadora (6) y se suministra un estanque (5) para almacenar la solución diluida ABA, siendo impulsada por una bomba (1 1 ).
Durante la operación de la Central Termosolar en el día, se realiza la transformación y acumulación de la energía solar en forma de la energía química, y solo parte de esa energía se transforma en la energía eléctrica. En este régimen, funciona el transformador cinético del vapor (7), en el cual se forma el condensado (agua líquida) y se almacena en el estanque (4). Para hidratar la solución concentradada ABA, se usa tanto el vapor después de la turbina (8) (vapor de baja presión), como el vapor después de la transformación cinética del vapor (vapor de media presión). El agua líquida se usa sólo para compensar pérdidas insignificantes irrevocables a la atmósfera.
Durante la operación de la Central Termosolar de noche, el Campo Solar (I) no se usa, y el transformador cinético del vapor (7) esta apagado. La producción de la energía eléctrica, se realiza con el consumo de la energía química. Para hidratar la solución concentrada ABA, se usa, tanto el vapor después de la turbina (8) (vapor de baja presión), como el condesado del tanque (4). El agua se consume para liberar la energía química en forma de calor, que calienta el vapor después de la turbina (8), que va acompañado con el aumento de presión del vapor y lo hace adecuado para el suministrarlo a la turbina (8) y generar electricidad. La ventaja es que no hay pérdidas de agua, puesto que se conserva en forma de la solución diluida ABA.
El proceso de transformación de la radiación solar a la energía química y posteriormente a la energía eléctrica compuesto por los siguientes pasos:
1 . Concentración de la energía solar a través de una pluralidad de espejos parabólicos o helióstatos;
2. Calentamiento del aceite, que fluye a través de los tubos dispuestos en el foco de los espejos parabólicos o en un contenedor en la parte superior de una torre solar;
3. Transformación de la energía de calor a energía química mediante tratamiento de una solución diluida de la mezcla de compuestos químicos en un evaporador con la delgada película (thin film) con la formación del concentrado de compuestos químicos;
4. Almacenamiento del concentrado de la mezcla de las sales en un estanque hermético;
5. Uso del concentrado de la mezcla de compuestos químicos para la transformación del vapor de baja presión (después de la turbina) al vapor de alta presión y para la formación de una solución débil (diluida) de la mezcla de compuestos químicos;
6. Almacenamiento de la solución débil en un recipiente (estanque) hermético. Una de las ventajas de la presente invención consiste en que la energía primaria (radiación solar) se transforma en energía química. En forma de energía química, la energía primaria puede ser almacenada sin perdidas por tiempo illimitado a temperatura ambiente, pero más importante, la energía química, como una de las formas de la energía interna del cuerpo, puede ser transformada fácilmente en otra forma de la energía interna del cuerpo, en particular en en energía térmica. Esto permite organizar de forma principialmente nueva el cíelo termodinámico vapor-fuerza, sin la etapa de condensación del vapor después de la turbina a agua, como el ciclo Rankine, y sin evaporación posterior de esta agua para obtener el vapor, que después del sobrecalentamiento se usa para ser transformada en potencia mecánica. Entonces, la central termosolarde la presente invención, tiene un rendimiento más alto de la conversión de la radiación solar en electricidad.
La densidad del almacenamiento de la energía química es entre 0,26 y 1 ,03 kWh/kg y depende tanto del compuesto y propiedades químicas de la compocisión del sistema trinario ABA, como también del método de hidratación del concentrado ABA: al hidratar el agua líquida desde 0,26 kWh/kg hasta 0,31 kWh/kg., mientras que se hidrata con vapor acuoso puede llegar hasta 1 ,03 kWh/kg. Entonces, la densidad de la energía química es desde 7 hasta 26 veces más alta que la densidad de la energía térmica en forma del fundido de la mezcla de salitre Na-K, por ejemplo. Esto significa que el volumen de los estanques para el almacenamiento de la energía se puede reducir en la misma proporción. Tomando en cuenta que no hay necesidad de usar un aislamiento costoso para almacenar la solución concentrada ABA, se puede esperar la disminuición significante de los gastos al construir las centrales solares. Para el trabajo del evaporador de película fina rotatorio (2), es suficiente la temperatura del aceite hasta 300°C, representando una ventaja adicional de la presente invención, ya que facilita los sistemas para obtención y el uso del aceite caliente.
Por otro lado, el unir en un sólo bloque los sistemas de acumulación de energía solar y generación de electricidad, también facilita la construcción y por lo tanto, el costo de la central solar disminuye.
La ventaja principal de la presente invención es el hecho de disminuir la emisión a la atmósfera de gran cantidad de energía de la fuente primaria (55% de la energía primaria) que se queda en el vapor después de pasar por la turbina.
La presente invención corresponde adicionalmente a un proceso para la transformación de la radiación solar en la energía eléctrica usando el cuerpo de trabajo binario en el cual están reunidas las funciones de un acumulador termoquímico de energía para el funcionamiento de la estación de día y de noche, y un convertidor de energía química en fuerza mecánica para la generación de la electricidad.
La presnete invención permite reducir significativamente las pérdidas de energía asociadas con la transformación del cuerpo de trabajo. Esta es la base del aumento de la eficiencia de la central Termosolar con respecto a las tecnologías similares usadas actualemten.
Ventajas de la Invención:
Mayor eficiencia de la conversión de la radiación solar en electricidad en comparación con las tecnologías actuales; Alta densidad del almacenamiento de la energía a baja temperatura de regeneración;
La temperatura del almacenamiento es igual a la temperatura ambiental y el tiempo de almacenamiento de la energía es Ilimitado.
La solución de estos problemaspermite reducir el costo de la electricidad y de la construcción de la estaciones o centrales aosicadas.
LISTA DE SIGNOS DE REFERENCIA
(1 ) Concentradores de espejos parabólicos de la radiación solar
(2) Evaporador de película fina rotatorio
(3) Estanque para el almacenamiento de la solución concentrada ABA
(4) Estanque para el almacenamiento del agua líquida
(5) Estanque para el almacenamiento de la solución diluida ABA
(6) Caldera- transformador de energía química
(7) Transformador cinético del vapor
(8) Turbina
(9) Generador de energía eléctrica
(10) Bomba para el suministro del aceite
(1 1 ) Bomba para el suministro de solución diluida ABA
(12) Bomba para suministrar el vapor después de la turbina
(13) Tubería para suministrar el vapor al transformador cinético
(14) Tubería para suministrar el vapor a la caldera-transformador
(15) Tubería para suministrar el vapor de alta presión de la caldera transformadora
(16) Tubería para suministrar vapor de alta presión hacia la turbina (17) Tuberia para suministrar el vapor de alta presión al transformador cinético del vapor
(18) Tuberia para suministrar el aceite enfriado hacía los concentradores parabólicos
(19) Tuberia para extrar el aceite caliente de los concentradores parabólicos
(20) Tuberia para extraer la solución concentrada ABA del evaporador de película fina rotatorio
(21 ) Tuberia para extraer la solución diluida ABA de la caldera- transformadora
(22) Tuberia para extraer el agua (condensado) del transformador cinético del vapor
(23) Tuberia para suministrar el agua líquida a la caldera-transformadora
(24) Tuberia para extraer el vapor después de la turbina
(25) Tuberia para suministrar el vapor para el sobrecalentamiento en la caldera-transformadora
(26) Tuberia para suministrar la solución diluida ABA al evaporador de película fina rotatorio

Claims

REIVINDICACIONES
Un sistema de transformación de energía solar en energía eléctrica, CARACTERIZADO porque comprende dos bloques: un bloque de campo solar y módulo de fuerza con almacenamiento de energía química, donde el bloque de campo solar comprende una pluralidad de concentradores de espejos parabólicos o heliostatos, que calienta un primer cuerpo de trabajo que circula por una pluralidad de ductos, un dispositivo de impulsión del primer cuerpo de trabajo que inyecta a la pluralidad de concentradores parabólicos a través de al menos una tubería, y al menos una tubería de extracción, donde el primer cuerpo de trabajo calentado es enviado al bloque módulo de fuerza con almacenamiento de energía química; y donde el bloque de módulo de fuerza con almacenamiento de energía química comprende un evaporador de película fina rotatorio, que recibe el primer cuerpo de trabajo calentado y donde una solución diluida de combinaciones químicas A y B y agua (ABA) como segundo cuerpo de trabajo desciende por la superficie del evaporador, evaporando el agua, comprende además un estanque para almacener solución concentrada ABA, un transformador cinético del vapor que recibe el vapor desde evaporador de película fina rotatorio, una caldera-transformadora, al menos una turbina que recibe el vapor desde dicha caldera, un generador conectado a dicha turbina; un estanque para almacenamiento de agua líquida y un estanque de solución diluida de ABA, que recibe la solución diluida desde la caldera.
2. El sistema de transformación de energía solar en energía eléctrica según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el evaporador de película fina rotatorio corresponde a un aparato cilindrico dispuesto verticalmente.
3. El sistema de transformación de energía solar en energía eléctrica según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el transformador cinético del vapor incluye una tobera de Laval
4. El sistema de transformación de energía solar en energía eléctrica según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el dispositivo de impulsión del primer cuerpo de trabajo que inyecta a la pluralidad de concentradores parabólicos es una bomba.
5. El sistema de transformación de energía solar en energía eléctrica según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque comprende una bomba para el suministro de solución diluida ABA desde la caldera hasta es el estanque de almacenamiento de solución diluida y esta el evaporador.
6. El sistema de transformación de energía solar en energía eléctrica según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque comprende una bomba para el suministro del vapor que sale de la turbina hacia la caldera.
7. El sistema de transformación de energía solar en energía eléctrica según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el primer cuerpo de trabajo es aceite.
8. Un proceso para la transformación de energía solar en energía eléctrica CARACTERIZADO porque comprende, a través del sistema de la reivindicación 1 , las siguientes etapas:
a) Concentrar la energía solar a través de una pluralidad de espejos parabólicos o helióstatos; b) Calentar el primer cuerpo de trabajo que fluye po ductos en la pluralidad de espejos parabólicos;
c) Transformar la energía de calor a energía química mediante tratamiento de una solución diluida de la mezcla de compuestos químicos (ABA) en un evaporador con la delgada película con la formación del concentrado de compuestos químicos;
d) Almacenar el concentrado de la mezcla de las sales en un estanque hermético;
e) Suministrar el vapor que sale del evaporador a un transformador cinético del vapor;
f) Suministrar vapor de alta presión desde la caldera transformadora a la turbina, para generar electricidad mediante un generador; g) Utilizar el concentrado de la mezcla de compuestos químicos para la transformación del vapor de baja presión (después de la turbina) al vapor de alta presión y para la formación de una solución débil (diluida) de la mezcla de compuestos químicos; y
h) Almacenamiento de la solución débil en un recipiente (estanque) hermético.
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