TIRO NATURAL

Sector técnico de Ia invención

La presente invención se refiere a plantas de concentración solar de tecnología de torre con sistema de tiro natural y separación física del evaporador y el sobrecalentador así como control dinámico adaptativo del campo de helióstatos, para producción de electricidad, producción de calor de proceso, producción de combustibles solares o aplicación a procesos termoquímicos. Antecedentes de Ia invención

Dentro de los sistemas de alta concentración solar podemos distinguir los discos Stirling, los colectores cilindro-parabólicos y Ia tecnología que actualmente nos ocupa, tecnología de receptor central.

Los sistemas de receptor central están constituidos por un campo de helióstatos, siendo estos espejos de gran superficie (40-125 m ² por unidad) denominados helióstatos con seguimiento solar, que reflejan Ia radiación solar directa sobre uno o varios receptores centrales situados en Ia parte superior de una torre de gran altura. Estos receptores se encuentran habitualmente albergados en cavidades "escavadas" en Ia propia torre. La radiación solar concentrada calienta en el receptor un fluido, cuya energía térmica puede después utilizarse para Ia generación de electricidad.

En los sistemas de receptor central Ia tecnología agua-vapor es actualmente Ia más habitual, empleándose tanto vapor saturado como sobrecalentado como fluido caloportador. Con el fin de reducir el autoconsumo eléctrico en las plantas térmicas convencionales se utiliza Io que se denomina torres de tiro natural o de tiro hiperbólico. El flujo de aire a través de Ia torre de tiro natural se debe en su mayor parte a Ia diferencia de densidad entre el aire fresco de Ia entrada y el aire tibio de Ia salida eliminando con ello Ia necesidad de ventiladores mecánicos. Estas torres tienen bajos costos de mantenimiento y son muy indicadas para enfriar grandes caudales de agua. Las torres de tiro natural han de ser altas y además, deben tener una sección transversal grande para facilitar el movimiento del aire ascendente. Descripción de Ia invención

La invención que actualmente se plantea es Ia de una torre solar que se emplea como torre de refrigeración mediante tiro natural en una planta de concentración solar de energía solar termoeléctrica, en Ia que el elemento concentrador es un campo de helióstatos que concentran la radiación solar sobre varios receptores situados en Ia parte superior de dicha torre.

El vapor que de dichos receptores se extrae es conducido a una turbina para Ia producción de electricidad.

Con el fin de facilitar además este efecto de tiro natural, Ia torre de Ia invención cuenta con un diseño de estructura hiperbólica y hueca de manera que se produzca por ella una corriente de aire de ascenso para enfriamiento del vapor por convección natural. Empleando Ia torre solar como torre de refrigeración, se Ie da a esta doble función: Ia de albergar los receptores a Ia altura necesaria para concentrar Ia radiación y Ia de utilizarla como torre de refrigeración.

La torre de nuestro campo de helióstatos tiene Ia altura necesaria para poder concentrar Ia energía solar reflejada por el campo de helióstatos en un foco o punto de enfoque situado en Io alto de Ia misma, minimizando así las perdidas por efecto coseno (ángulo que forma el rayo incidente con Ia normal al helióstato y que hace que éste no vea al sol en su totalidad). Estamos hablando de alturas de torre superiores a 10O m, siendo esta altura suficiente para facilitar el empleo de Ia torre para este efecto de tiro natural. Esta circulación natural se ve además incentivada por el hecho de tener un foco caliente como son los receptores, en Ia parte alta de Ia torre.

El hecho de diseñar esta torre de manera hueca para su aprovechamiento como torre de tiro natural nos obliga a idear otra manera de albergar los receptores para que estos no se interpongan en el camino de Ia salida del aire, pues en las torres existentes en el estado de Ia técnica los receptores se ubican en cavidades interiores, Io que dificultaría en gran medida Ia salida del aire.

Para ello se idea Ia utilización de balcones o voladizos que incluyan las distintas cavidades o receptores, de manera que no se interpongan los equipos al efecto de tiro natural que se logra siendo Ia torre completamente hueca.

Estos receptores podrán ser receptores de vapor saturado y de vapor sobrecalentado o receptores de cualquier otro fluido caloportador, situados de manera independiente en los distintos balcones o voladizos e incluyendo un calderín a modo de conexión entre ellos para el caso de receptores de agua-vapor. También podría diseñarse Ia torre de manera que varios receptores se albergasen en Ia misma cavidad.

Con el fin de ir a una planta de potencias altas interesantes a nivel comercial, (aproximadamente 50 MWe), el campo de helióstatos necesario para este tipo de plantas de gran potencia tiende a configuraciones de campo con un gran número de helióstatos. De esta manera, Ia torre que aquí se propone, tendría tres o cuatro puntos de enfoque en diferentes orientaciones dependiendo del número de cavidades elegidas.

Descripción de los dibujos

Para completar Ia descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de Ia invención, se acompaña de un juego de dibujos donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado Io siguiente:

Figura 1 : Esquema general de una planta de concentración solar con receptor central tipo torre

Figura 2: Alzado de Ia torre

Figura 3: Alzado posterior de Ia torre

Figura 4: Alzado lateral de Ia torre

Figura 5: Vista en planta de Ia torre

Las referencias utilizadas en las figuras corresponden a:

(1) Torre

(2) Helióstatos

(3) Radiación solar

(4) Base de Ia torre

(5) Estructura hiperboloide de Ia torre

(6) Voladizos o balcones

(7) Receptores

(8) Cavidad

(9) Cavidad

(10) Cavidad

Realización preferente de Ia invención

Para lograr una mayor comprensión de Ia invención a continuación se va a describir el diseño y Ia geometría de Ia torre.

En Ia figura 1 se observa Ia configuración habitual de una planta de concentración solar de receptor central en forma de torre. Se compone de Ia torre (1) que alberga en su parte alta los receptores a los que les llega Ia radiación solar (3) reflejada por los helióstatos (2), los cuales están sometidos a diferentes estrategias de apunte para lograr los requerimientos de potencia térmica y concentración necesarios en cada receptor. En Ia figura 2 se muestra en detalle Ia geometría de Ia torre (1 ). La torre (1) es de base circular hueca (4) con un diámetro aproximado 5O m. La estructura de Ia torre se eleva en altura con un diseño de perfil hiperbólico (5), pudiendo alcanzar una altura de más de 200 m, teniendo en cuenta que estas dimensiones podrán variar según los requerimientos de Ia planta de concentración.

En Ia zona superior de Ia torre se despliegan tres o cuatro voladizos rectangulares (6) o balcones en función de Ia distribución de los helióstatos (2), llegando hasta el extremo superior de Ia misma. Estos voladizos (6) tienen unas dimensiones aproximadas de 24 m de ancho y 50 m de alto, dimensiones que también podrán variar según los requerimientos del diseño.

Cada uno de los voladizos (6) contiene una cavidad (8, 9, 10) con una apertura exterior aproximada de 20 m de ancho y 17 m de alto que alberga un receptor solar. Estos receptores (7) pueden ser receptores de vapor saturado o de vapor sobrecalentado y se sitúan de manera independiente en los distintos balcones o voladizos (6), incluyendo un calderín a modo de conexión entre ellos.

El material de construcción de Ia torre (1) puede ser de hormigón, metal o material equivalente, exceptuando las zonas limítrofes a las aperturas exteriores de las cavidades (8, 9, 10) que irán protegidas con placas de un material aislante a fin de proteger al hormigón del flujo solar.

El interior de Ia cavidad que no esté ocupado por el receptor solar (7) también irá protegido con este material aislante.

En relación al campo de helióstatos (2), para este tipo de plantas de gran potencia, se requieren configuraciones de campo con un gran número de helióstatos (2) y distintas orientaciones, de esta manera, Ia torre (1) de Ia planta solar termoeléctrica que se propone, tendría tres o cuatro puntos de enfoque en diferentes orientaciones dependiendo del número de cavidades elegidas.

Además, con el fin de gestionar el vapor producido y contar con aporte de éste cuando no tenemos horas de sol, se incluye en Ia planta un sistema de almacenamiento o bien mediante tanques de agua-vapor o bien mediante sales fundidas.

Como se explica anteriormente Ia elección de este diseño de torre se debe fundamentalmente a Ia posibilidad de reducir el autoconsumo eléctrico y el consumo de agua de una planta termosolar de generación eléctrica usando uno de los elementos constructivos ya existentes: Ia torre. La torre se convierte en un elemento de doble utilidad: eleva los receptores solares y permite un sistema de refrigeración natural por aire. Este sistema de refrigeración sustituye a las convencionales torres de refrigeración por agua, Io que permite reducir el consumo eléctrico del sistema y el consumo de agua.