D E S C R I P C I Ó N OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una instalación híbrida solar que permite llevar a cabo la producción de electricidad a partir de la hibridación de energía solar y un combustible apto para uso en un motor y/o una turbina, preferiblemente gas natural, GLP, biogás, gas de síntesis o combustibles líquidos como diésel, gasóleo, bioqueroseno o jet-fuei.

El objeto de la presente invención es una instalación híbrida solar con una tecnología renovable gestionabie y firme que se puede adaptar a la curva de demanda eléctrica, venciendo de esta manera la desventaja tradicional de las tecnologías renovables, ai no depender su producción de la disponibilidad de recurso solar, variable en el tiempo,

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El aprovechamiento de energía solar para producción de electricidad puede lograrse por dos vías principales: fotovoítaica y termoeléctrica.

El aprovechamiento fotovoitaico tiene la desventaja de ser no gestionabie, ya que su capacidad de producción instantánea está indisolublemente sujeta a la disponibilidad de energía solar; su gestionabilidad solo se puede lograr mediante el almacenamiento de energía eléctrica, que es una tecnología inespecífica de la fuente utilizada y su predictibilidad solo es a corto plazo.

El aprovechamiento termoeléctrico puede hacerse concentrando la energía solar mediante discos parabólicos, canales cilindro-parabólicos, receptores lineales Fresnel o torres solares. Los discos parabólicos son pequeñas unidades autónomas que, si bien pueden agruparse para producir electricidad a gran escala, son difícilmente susceptibles de integración per se, lo que limita sus opciones de mejora de gestionabilidad y predictibilidad. Los receptores lineales Fresnel se basan en unidades formadas por pequeños espejos individuales planos o con pequeña curvatura y eje horizontal y que se orientan en función de la posición del sol y del receptor sobre el que se concentra la radiación. Dicho receptor es fijo y está colocado a una mayor altura respecto a la de ios espejos. Por el interior de dicho receptor circula un fluido de transferencia que capta el calor concentrado por los espejos. Tradicíonaimente, se emplea agua/vapor como fluido de transferencia, con lo que la gestionabiiidad de dichos sistemas queda limitada ai almacenamiento presurizado de agua sobrecalentada, limitando la capacidad de almacenamiento y por tanto su gestionabiiidad.

Los últimos estudios se centran en la sustitución del agua/vapor por sales fundidas con el objetivo de aumentar las temperaturas de operación y la capacidad de almacenamiento de este tipo de sistemas. En este último caso, la problemática es similar a la planteada a continuación para las tecnologías de canales ciiindro- parabólicos o torre solar en lo que respecta a la presente instalación.

Tanto la tecnología de canales cilindro-parabólicos como la de torre solar se basan en calentar un fluido de transferencia o fluido térmico caloportador (HTF, siglas en inglés de "heat transfer fluid") mediante la radiación solar concentrada, y después utilizar este fluido para generar vapor que se utilizará en un ciclo Rankine regenerativo y con recalentamiento. Ambas tecnologías intentan mejorar su gestionabiiidad por tres vías principalmente: sobredimensionando la superficie de captación de radiación solar, incluyendo almacenamiento de energía térmica, y/o quemando combustibles auxiliares (habitualmente gas natural) en hornos para calentar el fluido térmico caloportador.

Ni el sobredimensionamiento del campo solar ni la inclusión de almacenamiento térmico garantizan por sí mismos la gestionabiiidad completa de la instalación, y mucho menos su firmeza, que sigue siendo sensible a periodos prolongados sin radiación solar. Su predictibilidad es algo mejor, pero aún imperfecta.

El uso de combustible auxiliar en hornos podría resolver el problema, pero normalmente la potencia entregabie por estos hornos es mucho menor que la nominal de la instalación (ya que se utilizan principalmente como mecanismo de regulación) y, aunque su tamaño fuera suficiente, el rendimiento obtenido sería pobre en comparación con otras tecnologías. Además, en el caso de combustibles fósiles (no renovables), se incrementa la huella de carbono por el uso de los mismos. Por ejemplo, el gas natural puede emplearse en centrales de ciclo combinado con rendimientos cercanos ai 55%, mientras que usado en el horno de estas centrales solares su rendimiento está limitado superiormente por el del ciclo Rankine de la instalación, que suele situarse en el rango del 37 ai 42% como máximo (sin considerar el rendimiento de la caldera). Así, se sacrificaría eficiencia a cambio de predicfibilidad y gestionabiiidad.

Las instalaciones alimentadas por combustible fósil suelen ser altamente predecibles y gestíonables, especialmente las turbinas de gas en ciclo abierto o combinado. No obstante, estas capacidades se pagan en forma de coste medioambiental y, en muchos casos, dependencia energética debido a la falta de recursos fósiles locales.

Sería posible intentar paliar las deficiencias de ambas fuentes, a nivel regional o nacional, mediante la implantación de instalaciones de ambos tipos (solares y fósiles) y buscando equilibrar el mix energético, pero esto implica una política energética de planificación estatal centralizada, y lleva a mayores costes totales.

La instalación híbrida solar de la presente invención solventa todos los inconvenientes anteriores presentando ventajas de eficiencia, gestionabiiidad, predictibiiidad, bajo impacto ambiental y aprovechamiento de recursos energéticos locales respecto a las instalaciones del estado de la técnica,

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una instalación híbrida solar que permite llevar a cabo la producción de electricidad a partir de la hibridación de energía solar y un combustible auxiliar apto para su uso en un motor y/o una turbina, preferiblemente gas natural, GLP, biogás, gas de síntesis o combustibles líquidos como diésel, gasóleo, bioqueroseno o jet-fuei.

La instalación híbrida solar comprende una instalación solar termoeléctrica con almacenamiento térmico, preferentemente con tecnología de torre central o de canales parabólicos y una máquina auxiliar, preferentemente una máquina térmica de combustión, más preferentemente una turbina de gas o un motor que proporciona a la instalación híbrida un alto grado de flexibilidad que ie permite ser completamente gestíonable y firme.

La instalación híbrida solar comprende un tanque de almacenamiento a alta temperatura y un tanque de almacenamiento a baja temperatura de! fluido de almacenamiento de la instalación solar termoeléctrica, pudiendo ser en ocasiones este sistema sustituido por un tanque termociino, y además una turbina de vapor, por lo que la potencia a entregar por la instalación podrá ser cubierta por combinaciones de potencia de la turbina de vapor y la máquina auxiliar en función de la energía disponible para ambas.

Una de las ventajas presentadas por esta instalación híbrida solar es que tanto la potencia de la turbina de vapor como la potencia de la máquina auxiliar pueden ser escaladas de acuerdo a los tipos de demanda existente. De esta manera, y en conjunción con las estrategias de operación predefinidas en la instalación, la instalación es completamente gestionable y firme en cualquier rango de producción entre el mínimo técnico de la máquina de menor potencia y la suma total de las potencias de las máquinas térmicas. La instalación híbrida solar comprende además una caldera de recuperación de alta temperatura que utiliza la energía disponible en los gases de escape de la máquina auxiliar por lo que, además de proporcionar potencia adicional por sí misma, la máquina auxiliar aumenta la energía disponible en el sistema de almacenamiento térmico, que es utilizado para mover la turbina de vapor. Esto hace que la energía a entregar por la instalación sea completamente predecible, ya que además del recurso solar se dispone de la energía recuperada de la máquina auxiliar y de su propia generación para dar respuesta a la demanda a satisfacer. Esto permite modular la entrega de potencia de cada máquina para dar servicio no solo a la demanda a corto plazo sino también a medio plazo. Para ello, la estrategia de operación de la instalación incluye previsión de demanda y de recurso solar disponible, de manera que el régimen de funcionamiento de la turbina de gas se optimiza para asegurar que el almacenamiento térmico dispondrá de energía suficiente cuando sea necesario.

En caso de ser necesario, se incluye en la instalación un post-combustor dispuesto después de la máquina térmica de combustión o máquina auxiliar que añade una cantidad de combustible adicional con el objeto de calentar los gases de escape de la máquina auxiliar de manera que se permita el calentamiento del fluido de almacenamiento hasta la temperatura definida por el tanque de alta temperatura, con el objeto de obtener una temperatura de gases suficientemente alta para el correcto funcionamiento de la caldera de recuperación de alta temperatura y en condiciones impuestas por el tanque de almacenamiento de alta temperatura.

Opcionalmente, la instalación híbrida solar comprende además una caldera de recuperación de baja temperatura, que utiliza la energía disponible en los gases de escape de la caldera de recuperación de alfa temperatura, para mediante un fluido de transferencia reducir la temperatura de los gases de escape.

La energía así recuperada de los gases de escape puede ser enviada a unos precalentadores de condensado que, junto con un condensador, la turbina de vapor y un generador de vapor forman un ciclo Rankine, donde se genera vapor para la turbina de vapor. Para enviar la energía a ios precalentadores puede emplearse un circuito secundario de fluido de transferencia con los intercambiadores de calor correspondientes, o bien hacer circular directamente el condensado por el recuperador de baja. De esta manera, mediante la caldera de recuperación de baja temperatura se desacopla en el tiempo la generación y el consumo de este calor de baja de forma análoga a lo que se hace con la energía de alta temperatura. La exhaustiva recuperación de la energía disponible en el combustible auxiliar hace que la instalación sea muy eficiente, alcanzando un rendimiento térmico a eléctrico para el combustible auxiliar cercano ai de un ciclo combinado.

Adicionaimente, al aumentar la energía disponible para operar el ciclo Rankine, y disponer de una fuente de potencia eléctrica alternativa, puede maximízarse el número de horas anuales en las que el ciclo Rankine opera en regímenes elevados, lo que aumenta el rendimiento promedio anual del mismo.

La instalación híbrida solar de la presente invención proporciona energía con la misma gestionabilidad y firmeza que un ciclo combinado de potencia comparable, pero consumiendo aproximadamente un 40% del combustible fósil que aquél. De este modo aprovecha un recurso energético local como es el solar minimizando la dependencia de combustibles adicionales para estabilizar la producción y mejorar la predictibilidad y gestionab !idad de la instalación.

Adicionalrnente, la instalación híbrida solar de la presente invención es fácilmente adaptable al uso de combustibles de producción local (biogás, bioqueroseno, etc.) siempre que su calidad permita utilizarlos en máquinas térmicas.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La Figura 1 muestra un primer ejemplo de realización preferente de la instalación híbrida solar de la presente invención.

La Figura 2 muestra un segundo ejemplo de realización preferente de la instalación híbrida solar de la presente invención. REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN

A continuación se procederá a describir de manera detallada la instalación híbrida solar de la presente invención. En un primer ejemplo de realización mostrado en la Figura 1 , la instalación híbrida solar comprende una instalación solar termoeléctrica (1 ) con almacenamiento térmico, con tecnología de canales parabólicos en este ejemplo de realización, y una máquina auxiliar (2), preferentemente una máquina térmica de combustión, más preferentemente una turbina de gas.

La instalación híbrida solar comprende un tanque de almacenamiento a alta temperatura (3) y un tanque de almacenamiento a baja temperatura (4) de un fluido de almacenamiento de la instalación solar termoeléctrica o un tanque termoclino en sustitución del tanque de almacenamiento a alta temperatura (3) y el tanque de almacenamiento a baja temperatura (4), y en este ejemplo de realización preferente un intercambiador de calor reversible (5) entre un fluido térmico caíoportador y el fluido de almacenamiento, entre los tanques de almacenamiento a alta temperatura (3) baja temperatura (4) y la instalación solar termoeléctrica (1 ). La instalación híbrida solar comprende además una caldera de recuperación de alta temperatura (6) que utiliza la energía disponible en los gases de escape de la máquina auxiliar (2) para incrementar la temperatura del fluido de almacenamiento que es dirigido al tanque de almacenamiento a alta temperatura (3) o al tanque termoclino, y una caldera de recuperación de baja temperatura (7), que utiliza la energía disponible en ios gases de escape de la caldera de recuperación de alta temperatura (6), gases de escape que preferentemente se encuentran a 300 °C, para mediante un fluido de transferencia (que puede ser directamente condensado del ciclo, o un circuito secundario de agua a presión, aceite térmico, aceite mineral u otros) reducir la temperatura de los gases de escape hasta el entorno de 90 °C a 150 °C.

La energía así recuperada es enviada a unos precalentadores (8) de condensado que junto con un condensador (9), una turbina de vapor (10) y un generador de vapor (1 1 ) forman un ciclo Rankine, donde se genera vapor para la turbina de vapor. Los gases de escape de la caldera de recuperación de baja temperatura (7) son enviados a una chimenea (12) para su extracción.

En un segundo ejemplo de realización mostrado en la Figura 2, la instalación híbrida solar comprende una instalación solar termoeléctrica (1 ) con almacenamiento térmico, con tecnología de torre central en este ejemplo de realización, y una máquina auxiliar (2), preferentemente una máquina térmica de combustión, más preferentemente una turbina de gas.

Los elementos son los descritos en el primer ejemplo de realización, pero sin la presencia de un intercambiador de calor reversible (5) entre el fluido térmico caloportador y el fluido de almacenamiento, entre ios tanques de almacenamiento a alfa temperatura (3) baja temperatura (4) y la instalación solar termoeléctrica (1 ).

Debido a la presencia de la tecnología de torre central, es que la temperatura del tanque de almacenamiento a alta temperatura (3) es mayor que la temperatura del tanque de almacenamiento a alta temperatura (3) para el primer ejemplo de realización.