ES2568211T3

ES2568211T3 - Central termoeléctrica con colectores solares

Info

Publication number: ES2568211T3
Application number: ES10705976.8T
Authority: ES
Inventors: Bjoern Ungerer; Ewald Kitzmann; Volker Schuele
Original assignee: Alstom Technology AG
Current assignee: GE Vernova GmbH
Priority date: 2009-04-18
Filing date: 2010-02-19
Publication date: 2016-04-28
Anticipated expiration: 2030-02-19
Also published as: WO2010118796A2; AU2010237404B2; EP2419634B1; ZA201108367B; AU2010237404A1; US20120151917A1; WO2010118796A3; CN102405349B; EP2419634A2; DE102009056707A1; US9745964B2; CN102405349A

Abstract

Central termoeléctrica que comprende un generador de vapor (1), una turbina (3), un condensador (5) y al menos un precalentador (VWi), caracterizada por que paralelo a un precalentador (VW) se prevé al menos un intercambiador de calor (11, 33) y por que en el intercambiador de calor (11, 33) se transmite calor procedente de uno o varios colectores solares (13) a un flujo parcial de condensado que fluye por al menos un intercambiador de calor (11, 33).

Description

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DESCRIPCION

Central termoelectrica con colectores solares

Las centrales termoelectricas convencionales poseen un circuito cerrado de vapor de agua en el que se aporta, en el generador de vapor y mediante la combustion de un combustible fosil, agua de alimentacion de caldera de manera que pase al estado de vapor. Este vapor impulsa, a traves de varias turbinas de vapor, un generador y se vuelve a licuar despues en un condensador.

En el pasado se han realizado pruebas tendentes a introducir energfa termica en el circuito de vapor de agua de una central termoelectrica calentada por medio de combustibles fosiles para aumentar la potencia electrica y/o reducir el consumo de combustible.

Por el documento US 4,069,674 se conoce, por ejemplo, el metodo de precalentar un flujo parcial del condensado en colectores solares y reconducirlo despues al precalentador. En este procedimiento se rodean todos los precalentadores. Esto significa que el flujo de condensado parcial se desvfa antes de llegar al primer precalentador y, una vez que haya pasado por todos los colectores solares, el flujo parcial precalentado con energfa solar del condensado se vuelve a introducir, detras del ultimo precalentador, en el flujo de condensado principal.

Dado que el flujo parcial precalentado con energfa solar debe presentar la misma temperatura que el flujo de condensado principal precalentado en los precalentadores, el resultado es un gran margen de separacion de temperaturas del flujo parcial de condensado en los colectores solares. Este gran margen de separacion de temperaturas solo se consigue en pocos dfas del ano o en pocas horas del ano, por lo que la contribucion de los colectores solares al precalentamiento del condensado es relativamente pequena.

El documento US 2008/0034757 A1 describe un procedimiento similar en el que se preve un intercambiador de calor en serie con los precalentadores. En este intercambiador de calor se calienta el condensado por medio de un aceite termico calentado a su vez por colectores solares.

El inconveniente de este procedimiento consiste en que, como consecuencia de la disposicion en serie del intercambiador de calor, se produce una perdida adicional de presion en el circuito de vapor de agua, incluso cuando no se introduce calor a traves del intercambiador de calor, por ejemplo por falta de radiacion solar. Por otra parte, este sistema es, en comparacion, poco flexible, de modo que solo en caso de una radiacion solar optima los colectores solares pueden hacer una aportacion digna de mencion. A esto hay que anadir que el coste de produccion es relativamente elevado, puesto que todos los componentes tienen que ser resistentes a altas presiones.

Por el documento WO97/14887 se conoce un procedimiento en el que, en un campo de colectores solares, se genera vapor humedo que se puede introducir directamente en la botella de separacion o en el tambor del generador de vapor. El inconveniente de este procedimiento es que la energfa termica solar solo se puede introducir a un nivel de temperatura establecido, requiriendo la adaptacion posterior una intervencion en el propio generador de vapor.

En el documento US 2007/157614 A1 se revela una central termoelectrica en cuyo circuito de vapor se puede introducir tanto energfa termica de combustibles como tambien energfa solar.

En resumen se puede decir que estas centrales termoelectricas con apoyo termico solar conocidas por el estado de la tecnica solo presentan una flexibilidad reducida en lo que se refiere a las temperaturas a las que se puede introducir energfa solar en el circuito de vapor de agua. Por consiguiente, el porcentaje de energfa solar en la generacion de energfa electrica es, en comparacion, reducido.

La invencion se basa en la tarea de proporcionar una central termoelectrica y un procedimiento que permitan una mayor contribucion de la radiacion solar a la generacion de energfa electrica de una central termoelectrica con generador de vapor de combustible fosil.

Al mismo tiempo se pretende que la central electrica segun la invencion se pueda adaptar de manera sencilla a circunstancias geograficas distintas. Tambien se desea que las centrales electricas ya existentes se puedan adecuar posteriormente y que la disponibilidad y fiabilidad de la central electrica no vanen y se mantengan altas.

Esta tarea se resuelve segun la invencion con una central termoelectrica que comprende una caldera, una turbina, un condensador y al menos un precalentador previendo, paralelamente a uno o varios precalentadores, al menos un intercambiador de calor y transmitiendo, en el intercambiador de calor, el calor de uno o varios colectores solares al flujo parcial del condensado que fluye a traves del intercambiador de calor.

Dado que el intercambiador de calor segun la invencion, con cuya ayuda se introduce el calor solar obtenido en la central termoelectrica, se conecta en paralelo con uno o varios precalentadores, es posible integrar o introducir la energfa solar a distintos niveles de temperatura.

Si se emplean, por ejemplo, varios colectores solares no concentradores, es recomendable introducir la energfa solar a temperaturas bajas, es decir, en la zona de los primeros precalentadores despues del condensador. Sin embargo, si se utilizan colectores solares concentradores, resulta mas ventajoso introducir el calor generado por estos colectores solares de temperatura alta a un nivel de temperatura mas elevado en el circuito de vapor, para lo

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que el intercambiador de calor se dispone paralelo a uno o varios precalentadores situados directamente delante del generador de vapor o economizador.

Conforme a la invencion tambien es posible prever varios precalentadores conectados en serie, especialmente precalentadores de baja presion o precalentadores de alta presion y que el intercambiador de calor se pueda conectar paralelo a uno o varios precalentadores. Asf es posible introducir la energfa solar obtenida, en dependencia de la radiacion solar disponible en ese momento, en el circuito de vapor de agua allf donde el condensado que fluye por los precalentadores tenga aproximadamente la misma temperature que la que se puede conseguir en los colectores solares.

Tambien es posible conectar este intercambiador de calor paralelo a dos precalentadores con lo que aumenta el margen de separacion de temperaturas. Por otra parte cabe la posibilidad de que durante la marcha, y en dependencia de la radiacion solar disponible y de la temperatura resultante del soporte de calor que fluye por los colectores solares, se acople el intercambiador de calor a lo largo del dfa en puntos alternativos de la corriente de agua de alimentacion principal y/o de que se desacople de dicha corriente. De esta manera se puede introducir la energfa solar del mejor modo posible en el circuito de vapor de agua durante todo el dfa y a pesar de las variaciones del rendimiento.

De este modo la contribucion de los colectores solares al calentamiento del agua de alimentacion y a la rentabilidad de la central electrica segun la invencion se puede incrementar considerablemente. Ademas tambien es posible garantizar una contribucion significativa de los colectores solares a la aportacion de energfa al circuito de agua de la central electrica, a pesar del numero, en comparacion reducido, de intercambiadores de calor o a la capacidad de transmision, en comparacion reducida, de los intercambiadores de calor.

Como consecuencia de la conexion en paralelo tambien es posible que la central termoelectrica de combustible fosil funcione, en las horas de servicio en las que no se disponga de energfa solar, sin resistencias al flujo o disminuciones del rendimiento.

La tarea antes mencionada se resuelve en una central termoelectrica que comprende una caldera, un recalentador y/o uno o varios recalentadores intermedios, una turbina y un condensador, introduciendose en el recalentador y/o en los recalentadores intermedios, para la regulacion de la temperatura del vapor vivo y/o para la regulacion de la temperatura del condensado de vapor recalentado, agua de alimentacion procedente de una tubena de agua de alimentacion, porque de forma paralela a la tubena de agua de alimentacion se preve un tercer intercambiador de calor y porque en el tercer intercambiador de calor el calor se puede transmitir de uno o varios colectores solares al agua de alimentacion.

De acuerdo con la invencion resulta asf tambien posible regular el condensado utilizado para la regulacion de la temperatura del vapor vivo o del vapor recalentado en los recalentadores intermedios. Se considera que, cuanto mayor sea la temperatura del condensado, tanto mas agua se puede introducir en el vapor recalentado para ajustar los parametros de vapor deseados. Esto significa tambien que, como consecuencia de la elevacion termica solar de la temperatura del agua de alimentacion, el generador de vapor (1) necesita menos combustible, siendo el rendimiento de la central electrica el mismo, por lo que se vuelve a logar aqm una contribucion significativa del calor obtenido en los colectores solares a la produccion de corriente electrica.

Gracias a la disposicion flexible o a la incorporacion del calor generado en los colectores solares en el recalentador o en uno o varios recalentadores intermedios, es posible maximizar de manera flexible la incorporacion del calor generado en los colectores solares en funcion del rendimiento momentaneo de los colectores solares. De este modo aumenta la contribucion de la radiacion solar a la produccion de corriente electrica, con lo que se reduce de manera correspondiente el consumo de combustible y/o se eleva el rendimiento.

Alternativa o adicionalmente tambien es posible prever en una central electrica que comprende una caldera, una turbina, un condensador, una bomba de agua de alimentacion, una turbina de accionamiento de la bomba de agua de alimentacion accionada por vapor y una tubena de vapor entre la turbina y la turbina de accionamiento de agua de alimentacion, un cuarto intercambiador de calor en la tubena de vapor, y transmitir en el cuarto intercambiador de calor el calor generado por uno o varios colectores solares al vapor que fluye por la tubena de vapor.

De esta manera el vapor extrafdo de la turbina se puede recalentar con ayuda de los colectores solares, lo que da lugar al correspondiente incremento del rendimiento de la turbina de accionamiento de la bomba de agua de alimentacion. Dado que el rendimiento de la turbina de accionamiento de la bomba de agua de alimentacion viene dado por el punto de funcionamiento de la central electrica, es posible extraer menos vapor de la turbina, aumentando de forma correspondiente la potencia electrica de la central electrica y/o reduciendose el consumo de carburante.

Otra variante de realizacion ventajosa de la central electrica segun la invencion preve una caldera, una turbina y un condensador, fluyendo por el condensador un refrigerante, especialmente agua, que se enfna, por ejemplo, en una torres de refrigeracion o en un no, y pudiendose enfriar el refrigerante segun la invencion, antes de entrar en el condensador, por medio de un refrigerador por absorcion.

De este modo se baja la temperatura a la que el refrigerante entra en el condensador. Como consecuencia se reduce tambien la presion en el condensador, con lo que aumenta la cafda de presion de la que dispone la turbina

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de vapor para la conversion en trabajo mecanico. Por este motivo aumenta el rendimiento de la turbina con el mismo caudal de vapor. Dado que, por naturaleza, la capacidad frigonfica del refrigerador por absorcion llega al maximo cuando la radiacion solar es muy elevada y que, en virtud de la temperatura de ambiente mas alta el refrigerante tendna, antes de entrar en el condensador, una temperatura en comparacion elevada, esta medida resulta especialmente eficaz cuando la central electrica presente, a causa de la temperatura de ambiente mas alta, un grado de eficiencia reducido o una potencia reducida.

En funcion del nivel de temperatura y de otras condiciones marginales se pueden emplear para las centrales termoelectricas segun la invencion como conectores solares colectores concentradores, por ejemplo, colectores cilindro-parabolicos, colectores Fresnel o receptores de torre con campo de heliostatos o colectores no concentradores, especialmente colectores planos o colectores de tubo de vado.

De nuevo se puede ver la flexibilidad de la central termoelectrica segun la invencion, puesto que a la hora de disenar la central termoelectrica conforme a la invencion no solo se puede tener en cuenta, del mejor modo posible, la radiacion solar existente localmente en el emplazamiento de la central electrica, sino que tambien se pueden considerar los precios y el comportamiento funcional de los mas diversos colectores solares.

Como soporte de calor para los colectores solares y para el lado de calor del intercambiador de calor se puede utilizar, segun la invencion, agua o aceite termico. Esto depende a su vez de las temperaturas de funcionamiento de los colectores solares, por lo que con vistas al soporte de calor tambien se ofrece maxima flexibilidad.

La tarea en la que se basa la invencion se resuelve igualmente por un procedimiento descrito en las reivindicaciones dependientes 8 y siguientes. En este procedimiento se ponen en practica las ventajas antes descritas.

Otras ventajas y realizaciones ventajosas de la invencion se pueden ver en el siguiente dibujo, en su descripcion y en las reivindicaciones. Todas las caractensticas senaladas en el dibujo, en su descripcion y en las reivindicaciones pueden ser esenciales en terminos de invencion, tanto individualmente como en cualquier combinacion.

Dibujo:

Se ve en la

Figura 1 un esquema de conexiones de una central termoelectrica convencional;

Figuras 2 y 3 ejemplos de realizacion de una central termoelectrica segun la invencion;

Figura 4 la contribucion de la energfa solar introducida en diversos puntos de la central termoelectrica y Figuras 5 a 13 ejemplos de realizacion de centrales termoelectricas segun la invencion.

Descripcion de los ejemplos de realizacion

En la figura 1 se representa, en un diagrama de bloque, una central termoelectrica convencional calentada con combustible fosil o biomasa. La figura 1 sirve fundamentalmente para definir los distintos grupos de componentes de la central electrica y para ilustrar el contexto general del circuito de vapor de agua dado que, por razones de mayor claridad, en las siguientes figuras solo se representan las partes consideradas relevantes del circuito de vapor de agua.

En un generador de vapor 1 se genera a partir de agua de alimentacion, con ayuda de combustibles fosiles o mediante biomasa, vapor vivo que se expande en una turbina de vapor 3, con lo que acciona un generador G. La turbina 3 se puede dividir en una parte de alta presion HD, una parte de media presion MD y una parte de baja presion ND.

Despues de la expansion del vapor en la turbina 3, el vapor pasa a un condensador 5 en el que se licua. Con este fin se aporta al condensador 5 un refrigerante siempre lfquido, por ejemplo agua de refrigeracion. El agua de refrigeracion se enfna en una torre de refrigeracion (no representada) o en un no (no representado) cercano a la central electrica, antes de que entre en el condensador 5.

El condensado que se produce en el condensador 5 se transporta por medio de una bomba de condensado 7 a varios precalentadores VWi, siendo i = 1 ... n. En el ejemplo de realizacion mostrado se dispone, despues del segundo precalentador VW2, una caldera de agua de alimentacion 8. Detras de la caldera de agua de alimentacion 8 se preve una bomba de agua de alimentacion 9.

En relacion con la invencion, es importante que el agua de alimentacion del condensador 5 se precaliente con vapor desde el primer precalentador VW1 hasta el ultimo precalentador VW5. De este modo la temperatura del condensado o del agua de alimentacion sube de un precalentador a otro, debiendo subir tambien de manera correspondiente la temperatura del vapor empleado para el precalentamiento.

En el ejemplo representado los precalentadores VW1 y VW2 se calientan con vapor de la parte de alta presion HD de la turbina de vapor 3, mientras que el ultimo precalentador VW5 se caliente con vapor de la parte de baja presion ND de la turbina de vapor 3.

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El tercer precalentador VW3 configurado en el deposito de agua de alimentacion 8 se caliente con vapor de la parte de media presion MD de la turbina 3.

En la figura 2 se ilustra un primer ejemplo de realizacion de una central termoelectrica segun la invencion. Se emplean las mismas referencias indicadas en relacion con la figura 1.

En la figura 2 se disponen en total cuatro precalentadores VW1 a VW4 entre la bomba de condensado 7 y el deposito de agua de alimentacion 8. Estos son los asf llamados precalentadores de baja presion.

Como se puede ver en la figura 2, el condensado entra en el primer precalentador VW1 a una temperatura de entre 30° y 40° C y se calienta allf hasta una temperatura de salida de 55° C a unos 70° C con ayuda de vapor procedente de la turbina de vapor 3 (vease figura 1). La aportacion de vapor se indica en la figura 2 por medio de flechas sin numeros de referencia.

La expansion de la temperatura del segundo precalentador VW2 entre la temperatura de entrada y la temperatura de salida oscila entre los 55° C y los 70° C como temperatura de entrada y entre los 80° C y los 100° C como temperatura de salida. El tercer precalentador VW3 este condensado se caliente de los 80 a 100° C hasta los 120 a 135° C, y en el cuarto precalentador VW4 se sigue calentando hasta los 140 a 160° C.

De acuerdo con la invencion se preve disponer, paralelo al segundo precalentador VW2, un primer intercambiador de calor 11. Parte del flujo de condensado se puede conducir por una derivacion al segundo precalentador VW2 a traves del primer intercambiador de calor 11.

Por el primer intercambiador de calor 11 pasa un soporte de calor, por ejemplo agua, que se calienta en un campo de colectores 13 con ayuda de la radiacion solar. Con las temperaturas antes citadas de 55 a 100° C, como maximo, se ha podido comprobar que los colectores planos o de tubos de vado son especialmente eficientes en un campo de colectores 13. En un campo de colectores 13 de estas caractensticas, el soporte de calor se puede calentar, por ejemplo por el lado de entrada al primer intercambiador de calor 11, a una temperatura de, por ejemplo, 105° C, despues de lo cual sale del primer intercambiador de calor a una temperatura de unos 75° C.

En el circuito del soporte de calor se dispone, como es logico, una bomba de circulacion 15 para hacer circular el soporte de calor. El caudal de la bomba de circulacion 15 se regula de forma que el soporte de calor tenga la temperatura deseada al entrar en el primer intercambiador de calor 11.

El flujo del condensado, que fluye por el primer intercambiador de calor 11, se regula en dependencia del rendimiento momentaneo del campo de colectores 13, de manera que el condensado tenga al salir del primer soporte de calor 11 la misma temperatura que el flujo de condensado principal que fluye por el segundo precalentador VW2. Con este objetivo se monta una valvula de regulacion de caudal 17 en la derivacion del segundo precalentador VW2.

Se entiende por sf solo que en pafses con radiacion solar alta y buena orientacion del campo de colectores 13 se puede conseguir una temperatura de salida mas elevada que los 105° C que se indican, por ejemplo, en la figura 3 por el lado de entrada del soporte de calor al primer intercambiador de calor 11. En este caso sena posible conectar el primer intercambiador de calor 11 paralelo al tercer precalentador 3, que con temperaturas mas elevadas funciona como segundo precalentador VW2.

Con una oferta menor de radiacion solar sena logicamente posible disponer el primer intercambiador de calor 11 paralelo al primer precalentador VW1. Esto significa que el soporte de calor se tendna que calentar a 75° C en el campo de colectores. El concepto segun la invencion ofrece, por lo tanto, una gran flexibilidad en lo que se refiere a la radiacion solar. Como el primer intercambiador de calor 11 se conecta paralelo a un precalentador VWi tambien es posible instalar con posterioridad el primer intercambiador 11 y el campo de colectores 13 en centrales termoelectricas que ya estan funcionando.

La flexibilidad del sistema segun la invencion destaca especialmente en la figura 3. La diferencia esencial entre los ejemplos de realizacion segun la figura 2 y la figura 3 consiste en que entre la bomba de condensado 7 y el primer intercambiador de calor se preve el precalentador VW1 y en que entre todos los precalentadores y el cuarto precalentador 4 y la caldera de agua de alimentacion 8 se desvfa respectivamente una tubena de derivacion (sin referencia) de la tubena (principal) de agua de alimentacion 19, montandose en cada una de las tubenas de derivacion al menos una valvula de distribucion 17. Como resulta de la figura 3, mediante la conexion representada es posible conectar el primer intercambiador de calor 11 paralelo al primer precalentador VW1, al segundo precalentador VW2, al tercer precalentador VW3 o al cuarto precalentador VW4. Dado que todas las valvulas 17 se pueden controlar, es posible emplear el primer intercambiador 11 en principio en paralelo con el primer precalentador VW1 durante el funcionamiento corriente de la central termoelectrica, por ejemplo por la manana cuando la radiacion solar aun es reducida. Cuando la radiacion solar se hace mas intensa, el primer intercambiador de calor 11 se puede conectar sucesivamente en paralelo con los precalentadores VW2, VW3 y VW4.

El esquema de conexion representado en la figura 3 preve que el primer intercambiador de calor 11 funcione, por ejemplo, en paralelo con el primer precalentador VW1 y con el segundo precalentador VW2. Esto significa que el flujo parcial que fluye por el primer intercambiador de calor 11 experimenta, partiendo de una temperatura de entrada de 30 a 40° C, una expansion de temperaturas hasta los 80 a 100° C. Como es natural, esto solo es posible con un campo de colectores 13 muy potente. Logicamente tambien sena posible conectar el primer intercambiador

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de calor 11 paralelo a los precalentadores VW2 a VW4. Como se puede deducir del diagrama de bloque segun la figura 3, se pueden poner en practica todas las combinaciones de uno o varios precalentadores.

Las ventajas de esta conexion en paralelo tan flexible del primer intercambiador de calor 11 respecto a uno o varios de los precalentadores VW1 a VW4 tambien se pueden ver en la figura 4.

Como rendimiento se define la proporcion entre la potencia (electrica) adicional en el generador y la potencia de la radiacion solar que incide en los colectores solares. Ejemplo: con una potencia de radiacion espedfica de 500 W/m2 sobre 20.000 m2 , la potencia solar es de 10 MW. Si esta potencia se introduce en el circuito de vapor de agua y si el generador consigue, como consecuencia, una potencia adicional de 3 MW, el rendimiento es del 30 %.

En la figura 4 se indica el rendimiento por encima de la potencia espedfica superficial de la radiacion solar [W/m2] para distintas variantes de incorporacion de calor obtenido por radiacion solar en el circuito de vapor de agua de la central electrica. Por una parte se representa, con una primera serie 21, la incorporacion con ayuda del primer intercambiador de calor 11 paralelo al primer precalentador 1. Por el desarrollo de esta serie se ve claramente que el aprovechamiento de la energfa solar contribuye con mas del 2 % al suministro de calor incluso en caso de una radiacion solar reducida, por ejemplo de 200 w/m2.

Con una potencia de radiacion claramente mayor (por ejemplo de 1.000 W/m2), la contribucion sube a un maximo del 3,3 % en el ejemplo en el que se basa la figura 4. Esto quiere decir que, con una potencia de radiacion baja, esta conexion funciona de manera especialmente eficiente y que con potencias de radiacion mas altas la contribucion solo aumenta en un volumen reducido.

La segunda serie 23 representa el aumento del rendimiento cuando el intercambiador de calor 11 se conecta paralelo al segundo precalentador VW2. Del desarrollo de la segunda serie 23 se deduce que el aprovechamiento de la energfa solar solo empieza con una radiacion solar de unos 200 w/m2 y que puede llegar hasta un 7 % con una potencia de radiacion de 1.000 W/m2.

La tercera serie 25 representa el aumento del rendimiento cuando el primer intercambiador de calor 11 se conecta en paralelo con el tercer precalentador VW3. Del desarrollo de la tercera serie 25 se deduce que el aprovechamiento de la energfa solar solo empieza con una radiacion solar de unos 270 w/m2 y que puede llegar hasta mas del 9 % con una potencia de radiacion de 1.000 W/m2.

La cuarta serie 27 representa el aumento del rendimiento cuando el primer intercambiador de calor 11 se conecta en paralelo con el cuarto precalentador VW4. Del desarrollo de la tercera serie 27 se deduce que el aprovechamiento de la energfa solar solo empieza con una radiacion solar de unos 370 w/m2 y que puede llegar hasta mas del 10 % con una potencia de radiacion de 1.000 W/m2.

El aumento del rendimiento como consecuencia de la integracion variable segun la invencion del primer intercambiador de calor 11 conforme a la radiacion solar disponible se representa por medio de la serie 29. Se observa un rendimiento maximo en toda la gama de radiacion solar desde los 200 W/m2 hasta los 1000 W/m2 aproximadamente, a pesar de que el primer intercambiador de calor 11 es el mismo en todas las variantes representadas. Para poder llevar a cabo la incorporacion variable segun la invencion de la energfa solar solo hacen falta unas tubenas y unas valvulas de regulacion 17 (vease la figura 3), por lo que la rentabilidad de esta variante es muy elevada.

En la figura 5 se representa una parte del diagrama de bloque de una central termoelectrica conforme a la invencion, en la que los precalentadores VW6 y VW7 son unos asf llamados precalentadores de alta presion, puesto que se disponen aguas abajo de la bomba de alimentacion de la caldera 9 y delante del generador de vapor 1.

El circuito hidraulico es, en principio, el mismo que en el ejemplo de realizacion segun las figuras 2 y 3. Sin embargo, la temperatura de entrada del agua de alimentacion antes de su entrada en el precalentador VW6 es de unos 150 a 190° C, saliendo el agua de alimentacion despues del sexto precalentador VW6 a temperaturas de entre 200 y 220° C. La temperatura de salida correspondiente del septimo precalentador VW7 es de 230 a 280° C. En el ejemplo de realizacion segun la figura 5 se conecta un segundo intercambiador de calor 33 paralelo al septimo precalentador VW7, de modo que el intercambiador de calor del campo de colectores 13 tiene que transmitir temperaturas elevadas al segundo intercambiador de calor 33.

En este ejemplo de realizacion es necesario que los distintos colectores del campo de colectores se configuren en forma de colectores concentradores, por ejemplo como colectores cilindro-parabolicos o colectores Fresnel.

En la figura 6 se representa otro ejemplo de realizacion mas de una incorporacion segun la invencion de energfa solar a una central termoelectrica. Entre la parte de alta presion HD de la turbina de vapor 3 y la parte de media presion MD de la turbina de vapor se dispone un recalentador intermedio 35. De acuerdo con la invencion se monta entre la parte de alta presion HD de la turbina de vapor 3 y el recalentador intermedio 35 un tercer intercambiador de calor 37 que recibe el calor generador por colectores solares de un campo de colectores 13. Tambien aqrn se preven las valvulas de regulacion 17 que permiten controlar el caudal de vapor que pasa por el tercer intercambiador de calor 37.

En la figura 7 se representa otro ejemplo de realizacion de un sistema de recalentamiento intermedio. Entre la parte de media presion MD y la parte de baja presion ND de la turbina de vapor 3 el vapor se somete en el tercer

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intercambiador de calor 37 a un recalentamiento. Como consecuencia se puede aumentar opcionalmente la potencia de la central electrica o el combustible y/o reducir el consumo de combustible de la central electrica.

En la figura 8 se representa como se incorpora la energfa solar, segun la invencion, al agua de alimentacion que se inyecta en el recalentador 35 para regular la temperatura del vapor vivo.

Con esta finalidad se preve, de manera en sf conocida, una tubena de derivacion 39 que se separa de una tubena de agua de alimentacion 19 antes de su entrada en el generador de vapor 1 y que termina en el recalentador 35. Para poder controlar y aumentar la cantidad de condensado inyectado en el recalentador 35 se preve una valvula de regulacion 17 en dicha tubena de derivacion 39. Conforme a la invencion, se monta en la tubena de derivacion 39 un cuarto intercambiador de calor 41 conectado a un campo de colectores 13 del que recibe el calor generado por colectores solares.

Dado que la temperatura del agua de alimentacion o del condensado se eleva en el cuarto intercambiador de calor 41 es posible inyectar una mayor cantidad de condensado en el recalentador 35 para alcanzar los parametros de vapor vivo deseados (presion y temperatura). De esta forma se reduce la potencia termica del generador de vapor 1 necesaria para lograr un rendimiento determinado de la turbina de vapor 3, lo que se refleja directamente en un ahorro de combustible y/o en un aumento del rendimiento.

En la figura 9 se representa, ademas de la inyeccion en el recalentador 35, la inyeccion de agua de alimentacion en un recalentador intermedio 43. En la tubena de agua de inyeccion, y en serie con el recalentador intermedio 43, se dispone un quinto intercambiador de calor 45. El quinto intercambiador de calor 45 calienta el agua de alimentacion que fluye por una tubena de extraccion de agua de alimentacion 47, que se separa de la tubena de agua de alimentacion 19 detras de la bomba de agua de alimentacion 9, antes de entrar en el recalentador intermedio 43. Segun la invencion resulta de nuevo posible incorporar el calor generado por colectores solares, a traves del quinto intercambiador de calor 45, al circuito de vapor y optimizar asf el rendimiento y/o el consumo de combustible de la central termoelectrica.

En la figura 10 se representa un ejemplo de realizacion en el que la bomba de agua de alimentacion 9 es accionada por una turbina de bomba de accionamiento de agua de alimentacion SPAT. Esta turbina de bomba de accionamiento de agua de alimentacion SPAT funciona con vapor extrafdo de la parte de media presion MD de la turbina de vapor 3.

Para ello, la parte de media presion MD de la turbina de vapor 3 se dota de una tubena de extraccion 49. En esta tubena de extraccion 49 se dispone, detras de una valvula de regulacion 17, un sexto intercambiador de calor 51 que recibe calor solar de un campo de colectores 13.

De esta manera es posible recalentar de forma intermedia el vapor extrafdo de la turbina de vapor 3 en el sexto intercambiador de calor 51, reducir como consecuencia el caudal de vapor extrafdo y aumentar el rendimiento de la turbina de vapor 3 y/o reducir el consumo de combustible.

En la figura 11 se representa otra posibilidad mas segun la invencion de incorporar energfa solar al proceso de la central termoelectrica. Con ayuda de un campo de colectores solares 13 se hace funcionar un refrigerador por absorcion AKM que enfna aun mas el agua de refrigeracion para el condensador 5. El agua solo se enfna despues de haber sido enfriado lo maximo posible en la torre de refrigeracion (no representada) de la central termoelectrica o en el agua de un no (no representado) que se encuentra en las proximidades.

Debido a la refrigeracion ulterior del agua de refrigeracion se reduce el nivel de presion en el condensador 5, con lo que aumenta la cafda de presion aprovechable en la turbina de vapor 3 y se incrementa el rendimiento de la central electrica.

En la figura 11 el refrigerador por absorcion AKM se conecta en el conducto de derivacion a la tubena de refrigerante que abastece al condensador 5. Alternativamente tambien es posible integrar el refrigerador por absorcion directamente en la tubena de refrigerante, con lo que el refrigerador por absorcion AKM se conecta en serie con la torre de refrigeracion (no representada) y con el condensador 5.

La figura 12 muestra una integracion en serie de un septimo intercambiador de calor 61 alimentado con calor solar en un precalentador HD. La integracion en serie segun la invencion preve un intercambiador de calor adicional 61 en el tramo de precalentamiento de alta presion. Para poder introducir la energfa solar del modo termodinamicamente mas eficaz, se instalan por separado los componentes principales del ultimo precalentador de alta presion VWi, en concreto el calentador 57, el condensador 58 y el subenfriador 59. El intercambiador de calor 61 alimentado con calor solar se integra entre el calentador 57 y el condensador 58 del ultimo precalentador alimentado con vapor VWi, aprovechandose optimamente el nivel de temperatura de los medios que emiten calor. El agua de alimentacion se puede llevar a un nivel de temperatura mas elevado antes de que entre en el economizador (Eco) del generador de vapor 1. El tiempo de recalentamiento de la temperatura del generador de vapor 1 se reduce, por lo que con los mismos parametros de vapor se tiene que aportar menos energfa de combustion al generador de vapor 1. Siendo constante la potencia termica de calentamiento del generador de vapor 1, se puede aumentar alternativamente el caudal de vapor vivo y, por consiguiente, el rendimiento del generador.

En este ejemplo de realizacion el ultimo precalentador VWi ha sido dividido en tres subgrupos: en concreto, un calentador 57, un condensador 58 y un subenfriador 59. Como condensador 58 se define la parta del precalentador

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VW en la que el vapor extrafdo se condensa y transmite su calor de condensacion al agua de alimentacion. Si el condensado procedente del condensador 58 posee una temperatura mas alta que el agua de alimentacion que entra, se puede elevar el nivel de temperatura del agua de alimentacion por medio del subenfriador 59, lo que energeticamente resulta mas ventajoso. El calentador 57 lleva el vapor extrafdo sobrecalentado al nivel de vapor saturado. Al mismo tiempo se extrae del vapor el calor, transmitiendolo al agua de alimentacion. De acuerdo con la invencion se preve entre el calentador 57 y el condensador 58 un septimo intercambiador de calor 61 que transmite el calor solar generado en el campo de colectores 13 al agua de alimentacion.

La figura 13 muestra una integracion paralela de un septimo intercambiador 61 alimentado con energfa solar en un precalentador HD. Se trata en cierto modo de una variante del ejemplo de realizacion segun la figura 12. Por esta razon se explican unicamente las diferencias, teniendo por lo demas validez todo lo que se ha dicho en relacion con la figura 12.

El septimo intercambiador de calor 61 se conecta paralelo a la tubena de agua de alimentacion 19 con ayuda de la segunda tubena de derivacion 63. En la segunda tubena de derivacion 63 se dispone una bomba de condensado 65 adicional que transporta un flujo parcial variable del condesado que fluye por la tubena de agua de alimentacion 19 a traves del septimo intercambiador de calor 61. El numero de revoluciones de la bomba de condensado 65 adicional se puede regular.

Para poder controlar el tiempo de recalentamiento del septimo intercambiador de calor 61 de manera que el campo solar 13 pueda funcionar con un rendimiento energetico optimo, no se recalienta toda la cantidad de agua de alimentacion que fluye por la tubena de agua de alimentacion 19, sino solo un caudal parcial. Este caudal parcial se adapta siempre a la oferta actual de calor solar, controlando de manera adecuada la bomba regulable de condensado 65. De este modo el campo solar 13 funciona siempre a un nivel de temperatura constante.

Despues del septimo intercambiador de calor 61 el caudal parcial calentado mediante energfa solar, que fluye por la segunda tubena de derivacion 63, y el resto del agua de alimentacion, que fluye por la tubena de agua de alimentacion 19, se juntan, con lo que se ajusta la temperatura mixta de los dos caudales. Gracias al tiempo de recalentamiento optimizado del septimo intercambiador de calor 61, el caudal que debe pasar por el campo solar 13 es menor. Como consecuencia se reducen las perdidas de presion por el lado del agua de alimentacion y del circuito solary las perdidas de recalentamiento en el campo de colectores.

El ejemplo de realizacion descrito en la figura 13 se puede cambiar en algunos detalles. La conexion mostrada en la figura 13 preve que el calentador 57 del ultimo precalentador VWi se conecte, por razones termodinamicas, separado del ultimo condensador 58 y delante del intercambiador de calor adicional. Si por motivos tecnicos o por falta de espacio en el lugar correspondiente de la central electrica esto no fuera posible, el calentador se puede quedar, sin cambios, directamente al lado del condensador 58 del precalentador VW1.

Si no se dispone de ningun calentador 57 para el ultimo precalentador de alta presion, y si tampoco se preve ninguna instalacion posterior, la introduccion de energfa solar se produce directamente detras del condensador 58 del ultimo precalentador VWi. En estas circunstancias se puede renunciar a la bomba 65 de la segunda tubena de derivacion 63 del caudal parcial de agua de alimentacion.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Central termoelectrica que comprende un generador de vapor (1), una turbina (3), un condensador (5) y al menos un precalentador (VWi), caracterizada por que paralelo a un precalentador (VW) se preve al menos un intercambiador de calor (11, 33) y por que en el intercambiador de calor (11, 33) se transmite calor procedente de uno o varios colectores solares (13) a un flujo parcial de condensado que fluye por al menos un intercambiador de calor (11, 33).
2. Central termoelectrica segun la reivindicacion 1, caracterizada por que se preven varios precalentadores conectados en serie, especialmente precalentadores de baja presion (VW1, VW2 ...) o precalentadores de alta presion (VW6, VW7, ...) y por que el intercambiador de calor (11, 33), al menos uno, se puede conectar en paralelo con uno o varios precalentadores (VW1, VW2, ... VW7).
3. Central termoelectrica segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizada por comprender un recalentador (35) y/o uno o varios recalentadores intermedios (43), por que para la regulacion de la temperatura del vapor vivo en el recalentador (35) y/o para la regulacion de la temperatura del vapor recalentado en el recalentador intermedio (43) se inyecta condensado, extrafdo a traves de la tubena de derivacion (39, 27) de la tubena de condensado (19), en el recalentador (35) y/o en los recalentadores intermedios (43), por que paralelo a la tubena de condensado (19) se preve un cuarto intercambiador de calor (41) y/o un quinto intercambiador de calor (45), y por que en el cuarto y/o quinto intercambiador de calor (41, 45) se puede transmitir al condensado el calor de uno o varios colectores solares (13).
4. Central termoelectrica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que comprende una bomba de agua de alimentacion (SP), una turbina de accionamiento de la bomba de agua de alimentacion (SPAT) y una tubena de vapor (48) entre la turbina (3), en especial la parte de media presion (MD) de la turbina (3) y la turbina de accionamiento de la bomba de agua de alimentacion (SPAT), por que en la tubena de vapor (48) se preve un sexto intercambiador de calor (49) y por que en el sexto intercambiador de calor (49) se puede transmitir calor de uno o varios colectores solares (13) al vapor que fluye por la tubena de vapor (48).
5. Central termoelectrica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que por el condensador (5) fluye un refrigerante, especialmente agua, y por que el refrigerante se puede enfriar, antes de su entrada al condensador (5), por medio de un refrigerador por absorcion (AKM) que funciona con energfa solar.
6. Central termoelectrica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que al menos un precalentador de alta presion adicional (VW6, VW7) se calienta directamente o a traves de un septimo intercambiador de calor (61) por medio de un soporte de calor que fluye por un campo de colectores (13).
7. Central termoelectrica segun la reivindicacion 6, caracterizada por que el septimo intercambiador de calor (61) se conecta, a traves de una segunda tubena de derivacion (63), en paralelo con la tubena de agua de alimentacion (19) y por que en la segunda tubena de derivacion (63) se dispone una bomba de condensado (65) o una valvula de regulacion.
8. Central termoelectrica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que como colectores solares (13) se emplean colectores concentradores, en especial colectores cilindro-parabolicos, colectores Fresnel o receptores de torre con campo de heliostatos o colectores no concentradores, especialmente colectores planos o colectores de tubo de vacfo.
9. Central termoelectrica segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que como soportes de calor para los colectores solares (13) y para el lado caliente de los intercambiadores de calor (11, 33, 37, 41, 45, 49) se emplea agua o aceite termico.
10. Procedimiento para el funcionamiento de una central termoelectrica que comprende un generador de vapor (1), una turbina (3), un condensador (5), al menos un precalentador (VWi) y al menos un intercambiador de calor (11, 33) conectado paralelo a al menos un precalentador (VWi), caracterizado por que en el intercambiador de calor (11, 33) se transmite calor de uno o varios colectores solares (13) al caudal parcial de condensado o al caudal de agua de alimentacion que fluye por el intercambiador de calor (11, 33) y por que el caudal parcial de condensado se regula en dependencia de la temperatura de salida del caudal parcial de condensado o del caudal de agua de alimentacion procedente del intercambiador de calor (11, 33).
11. Procedimiento segun la reivindicacion 10, caracterizado por que el intercambiador de calor (11, 33), al menos uno, se conecta paralelo a uno o varios precalentadores (VWi) conectados en serie, en dependencia de la potencia calonfica que se puede transferir del intercambiador de calor (11, 33) al caudal parcial de condensado.
12. Procedimiento segun la reivindicacion 10 u 11 para el funcionamiento de la central termoelectrica que comprende un recalentador (35) y/o uno o varios recalentadores intermedios (43), inyectandose en el recalentador

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(35) y/o en los recalentadores intermedios (43) agua de alimentacion ex^da de la tubena de condensado (19), a traves de una tubena de derivacion (39, 47), para la regulacion de la temperatura del vapor recalentado, caracterizado por que el calor de uno o varios colectores solares (13) se transmite al agua de alimentacion y por que este condensado se inyecta en el recalentador (35) para la regulacion de la temperatura del vapor vivo y/o en al menos un recalentador intermedio (43) para la regulacion de la temperatura del vapor recalentado.
13. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 10 a 12 para el funcionamiento de una central termoelectrica que comprende una bomba de agua de alimentacion (9) y una turbina de accionamiento de la bomba de agua de alimentacion (SPAT) accionada por vapor y una tubena de vapor (48) entre la turbina (3) y la turbina de accionamiento de la bomba de agua de alimentacion (SPAT), caracterizado por que en un sexto intercambiador de calor (49) el calor de uno o varios colectores solares (13) se transmite al vapor que fluye por la tubena de vapor (48).
14. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 10 a 13 para el funcionamiento de una central termoelectrica, fluyendo por el condensador (5) un refrigerante, en especial agua, caracterizado por que el refrigerante se enfna antes de su entrada en el condensador (5) por medio de un refrigerador por absorcion (AKM) accionado por energfa solar.
15. Procedimiento segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos un precalentador de alta presion adicional (VW6, VW7) es calentado directamente o a traves de un septimo intercambiador de calor (61) por un soporte de calor que fluye por un campo de colectores (13).
16. Procedimiento segun la reivindicacion 15, caracterizado por que el precalentador de alta presion adicional o el septimo intercambiador de calor (61) se conectan a traves de una segunda tubena de derivacion (63) en paralelo con la tubena de agua de alimentacion (19) y por que el caudal de agua de alimentacion en la segunda tubena de derivacion (63) se regula en dependencia de la temperatura de un soporte de calor que fluye por el campo solar (13).