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ES2603985T3 - Métodos para enfriar un fluido transportador de una central de energía solar y una central de energía solar - Google Patents

Métodos para enfriar un fluido transportador de una central de energía solar y una central de energía solar Download PDF

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ES2603985T3
ES2603985T3 ES10188875.8T ES10188875T ES2603985T3 ES 2603985 T3 ES2603985 T3 ES 2603985T3 ES 10188875 T ES10188875 T ES 10188875T ES 2603985 T3 ES2603985 T3 ES 2603985T3
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Spain
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cooling
fluid
power plant
underground
conveyor
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ES10188875.8T
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English (en)
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Erik Wolf
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Siemens AG
Siemens Corp
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Siemens AG
Siemens Corp
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Abstract

Método para enfriar un fluido (5) transportador de una central de energía solar, en donde - el fluido (5) transportador se utiliza para accionar una turbina (29) de la central (2') eléctrica solar; - el fluido transportador comprende agua; y - al menos una parte de un proceso de enfriamiento se realiza al conducir el fluido (5) transportador subterráneamente un suelo a una profundidad (41) en la que el suelo es sustancialmente más frío que el aire ambiente; caracterizado porque - la profundidad se selecciona de manera que haya al menos una diferencia de temperatura de 10°C entre el aire ambiente y una región subterránea en la que tenga lugar el enfriamiento, utilizando la inercia térmica del suelo subterráneo.

Description

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DESCRIPCION
Metodos para enfriar un fluido transportador de una central de energla solar y una central de energla solar
La presente invencion se refiere a un metodo para enfriar un fluido transportador, cuyo fluido transportador se utiliza para accionar una turbina en una central de energla solar. La invencion tambien se refiere a centrales electricas solares con un circuito transportador con un fluido transportador cuyo fluido transportador en funcionamiento acciona una turbina de la central de energla.
En las centrales electricas una manera tlpica de como generar energla fuera del calor es traer un fluido transportador a un cierto nivel de calor y as! proporcionarle un cierto nivel de energla cinetica. El fluido transportador, como el agua, se evapora y se convierte en vapor. El agua, que se somete a una presion considerable de aproximadamente 270 bares, se convierte en vapor, lo que significa aumentar adicionalmente el volumen del fluido transportador. Por lo tanto, el vapor tiene suficiente energla para conducir una turbina grande cuyo movimiento movera entonces el generador. Despues de conducir la turbina este vapor tiene que ser enfriado, lo que se hace generalmente en un condensador. Dicho condensador es a menudo un intercambiador de calor con un circuito de refrigeracion a lo largo del cual se conduce un circuito transportador con el fluido transportador. De este modo, el circuito transportador es un sistema de tuberla que esta conectado a la turbina, el circuito de refrigeracion se llena con llquido refrigerante que se pone en contacto indirecto con el fluido transportador y que es considerablemente mas frlo que el fluido transportador antes de la condensacion. Parte del calor del fluido transportador, es decir, el vapor, se transfiere as! al llquido de refrigeracion en el circuito de refrigeracion de manera que el vapor se convierte de nuevo en agua.
En las centrales electricas de hoy en dla que utilizan esta tecnologla, para enfriar la temperatura dentro del circuito de refrigeracion, se utilizan torres de enfriamiento humedas o torres de enfriamiento secas. Dicha tecnologla se describe en WO 2008/154427 A1 o en US 4 315 404 A. Por lo tanto, se utiliza un circuito de refrigeracion separado. Dicha tecnica tambien se describe en WO 2009/031747 A1 para una central de energla que tiene un combustor de oxlgeno puro. US 7 340 899 B1 describe una central de energla solar. Ademas, WO 2009/064378 A2 describe una posibilidad para almacenar energla termica de una central de energla solar, mientras que US 2009/0121488 A1 describe una central de energla solar que comprende un subsistema de calefaccion con un bucle de refrigeracion.
En torres de enfriamiento humedas, parte del llquido refrigerante, de nuevo por lo general agua, se evaporara y se liberara al aire. La otra parte del fluido de enfriamiento puede ser reutilizado dentro del circuito de enfriamiento o liberado en un rlo del cual se extrae de nuevo agua mas frla para devolver el circuito de refrigeracion con agua de refrigeracion fresca a la temperatura del rlo.
Dicha central de energla de acuerdo con el estado de la tecnica se representa en la figura 1. Una central 2 electrica cuyos componentes se muestran esquematicamente en esta figura tiene un circuito 1 transportador y un circuito 11 de refrigeracion. En el circuito 1 transportador del fluido 5 transportador, en este caso el agua 5, respectivamente el vapor de agua es bombeado a traves de un sistema de tuberlas. Por medio de una bomba 3 de circuito transportador. Con el fin de enfriar el vapor de agua 5 a una temperatura considerablemente mas baja con el fin de transformarlo de nuevo en agua 5 llquida, se utiliza un intercambiador 9 de calor. El agua condensada es bombeada por una bomba 3 de circuito transportador. El intercambiador 9 de calor esta tambien conectado al circuito 11 de refrigeracion con fluido 13 de refrigeracion, a saber, agua 13 de refrigeracion. El agua 13 de refrigeracion se extrae de un rlo 27 y es bombeado por una bomba 23 del circuito de refrigeracion al intercambiador 9 de calor. Antes de llegar al intercambiador 9 de calor, el agua 13 de refrigeracion tiene aproximadamente la temperatura del rlo 27. Despues de dejar el intercambiador 9 de calor, el agua 13 de refrigeracion ha extraldo una gran cantidad de calor del vapor 5 de agua en el circuito 1 transportador. Por lo tanto, es mucho mas caliente que antes y tambien necesita ser enfriada para ser conducida nuevamente al rlo 27. Para ello se utiliza una torre 19 de enfriamiento humedo. Aqul el agua 13 de refrigeracion caliente del circuito 11 de refrigeracion es pulverizada dentro de la torre mientras que el aire 17 es ventilado en la torre 19 de enfriamiento. Las nubes 21 de vapor resultan de este proceso mientras que el resto 25 del agua 13 de refrigeracion es llevado nuevamente al rlo 27 a un nivel de temperatura considerablemente mas bajo que antes de entrar en la torre 19 de refrigeracion humeda.
De acuerdo con este principio, una porcion considerable de agua 13 de refrigeracion que se uso para condensar el vapor 5 de agua en el intercambiador 9 de calor se evaporara en el aire en la torre 19 de enfriamiento humedo. Esto proporciona una eficiencia de enfriamiento muy alta, ya que se producen temperaturas considerablemente mas bajas del resto restante 25 del agua 13 de refrigeracion. Como la eficiencia de la central 2 electrica depende directamente de la capacidad de este sistema de refrigeracion para enfriar el fluido 5 transportador, este tipo de sistema de condensador proporciona una alta eficiencia en la central de energla en general. Sin embargo, las torres de refrigeracion humedas consumen grandes cantidades de agua. Dependiendo de las condiciones ambientales, el consumo alcanza valores superiores a los 500 kg/s de agua para una central de energla de 500 MW.
Por lo tanto, una alternativa a las torres de enfriamiento humedas son las denominadas torres de enfriamiento secas, cuyo principio se describira con referencia a la figura 2. Una torre 33 de refrigeracion seca enfrla directamente un fluido 5 transportador dentro de un circuito 1 transportador. El fluido 5 transportador proviene de una turbina 29 en
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una central 2 electrica. La turbina 29 acciona un generador 31 que genera energla electrica a partir de la rotacion de la turbina 29. Dentro de la torre 33 de refrigeracion seca, el agua 5 es conducida a traves de un sistema 37 de tuberla que funciona como un intercambiador de calor de tubo de aleta. Con el fin de enfriar el sistema 37 de tuberlas, un ventilador 35 proporciona aire fresco que es ventilado alrededor del sistema 37 de tuberla de manera que una corriente constante de aire 17 se conduce alrededor del sistema 37 de tuberla. El fluido 5 transportador se enfrla as! lentamente en el sistema 37 de tuberlas y puede ser bombeado de nuevo a una unidad de calentamiento (no mostrada) por medio de una bomba 3 de circuito transportador. Dicha unidad de calentamiento puede comprender una camara de calentamiento en la que las sustancias (aceite, carbon, residuos y otros materiales combustibles) se queman o pueden comprender un reactor nuclear o un campo solar-termico.
Las torres 35 de enfriamiento en seco no requieren necesariamente suministro de agua, sin embargo, estan limitadas en su efectividad por la temperatura ambiente. Una temperatura ambiente elevada dara lugar a un proceso termodinamico menos eficiente, ya que la temperatura del condensador en la torre 35 de refrigeracion seca y por lo tanto la presion respectiva en la salida de la turbina 29 aumentara.
Tambien es posible combinar una torre 19 de refrigeracion humeda y una torre 35 de enfriamiento seca dentro de una central de energla. Sin embargo, todavla existe un cierto dilema para el funcionamiento de todas las centrales electricas basadas en una o ambas tecnologlas de enfriamiento. En algunas regiones el agua es escasa y/o el aire es muy caliente en las horas punta. Por lo general, estos dos efectos se pueden encontrar al mismo tiempo. Estos lugares aridos, tales como los desiertos, sin embargo, tienen la ventaja de que por lo general una gran cantidad de energla solar esta disponible. Por lo tanto, resulta ser un problema importante proporcionar un sistema de enfriamiento eficaz, mientras que la energla de calentamiento suficiente estarla teoricamente disponible a costes muy bajos.
El objeto de la invencion es optimizar adicionalmente los procesos de enfriamiento para la condensacion central de energla. En particular, es el objeto de la invencion preferiblemente reducir el consumo de agua o de cualquier otro fluido refrigerante durante dicho proceso para una central de energla solar.
Este objeto se satisface por un metodo de acuerdo con la reivindicacion 1 y por una central de energla solar de acuerdo con la reivindicacion 13.
De acuerdo con la invencion, se proporciona un metodo para enfriar un fluido transportador de una central de energla solar. El fluido transportador se utiliza para impulsar una turbina de la central de energla solar. El fluido transportador comprende agua. Al menos una parte de un proceso de enfriamiento se realiza al conducir el fluido transportador subterraneo a una profundidad en la que el suelo es sustancialmente mas frlo que el aire ambiente. El metodo se caracteriza porque la profundidad se selecciona de tal manera que existe al menos una diferencia de temperatura de 10 °C entre el aire ambiente y una region subterranea en la que tiene lugar el enfriamiento.
En cuanto a la definicion de "subterraneo", esencialmente cualquier region debajo de la superficie del suelo puede ser considerada como subterranea. Para el proposito de la invencion es necesario enfriar el fluido transportador y opcionalmente tambien un fluido refrigerante de manera que la region subterranea debe ser sustancialmente mas frla que el aire ambiente, es decir, el aire sobre el suelo. Esto significa que existe al menos una diferencia de temperatura de 10 °C, mas preferiblemente 20 °C entre el aire ambiente y la region subterranea en la que tiene lugar el enfriamiento. Se prefiere ademas conducir el fluido transportador y opcionalmente tambien el fluido de enfriamiento de una region subterranea que es al menos 0,5 m, mas preferiblemente al menos 1 m por debajo del nivel superficial del suelo. En esta region se conducen tubos para transportar el fluido a lo largo de una cierta longitud, de manera que la temperatura de la region subterranea absorba eficazmente parte de la temperatura mas alta del fluido. Dicha longitud de tuberlas es preferiblemente de al menos 10 m, mas preferiblemente de al menos 20 m, pero las tuberlas no necesariamente deben conducirse solamente en direccion, sino que pueden comprender vueltas y devanados, por ejemplo, en la forma de un intercambiador de calor tlpico. En cuanto al fluido transportador, as! como al fluido refrigerante, pueden comprender un llquido y/o un gas tal como el aire. Pueden comprender el mismo material, pero tambien pueden comprender materiales diferentes, por ejemplo, agua como el fluido transportador y aceite como fluido refrigerante. El circuito de refrigeracion en el que se transporta el fluido refrigerante tambien puede comprender varios subcircuitos de enfriamiento separados de manera que, por ejemplo, un primer fluido refrigerante es enfriado por un segundo fluido de refrigeracion en un intercambiador de calor o similares.
En una realizacion preferida, el proceso de enfriamiento se realiza adicionalmente conduciendo un fluido refrigerante para enfriar el fluido transportador subterraneo del suelo hasta la profundidad. En otras palabras, se hace uso de una region subterranea donde se enfrla el fluido transportador y opcionalmente tambien el fluido refrigerante. Se utiliza as! la inercia termica del suelo subterraneo. Incluso en los desiertos, el suelo subterraneo es relativamente frlo en comparacion con la temperatura ambiente diurna sobre el suelo que se debe principalmente a un fuerte efecto de enfriamiento en los tiempos nocturnos.
Dos principios pueden ser utilizados en el contexto de esta realizacion: El enfriamiento directo del fluido transportador se puede realizar encaminando el circuito transportador de este fluido transportador a traves de la
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region subterranea. El enfriamiento indirecto significa que un fluido de enfriamiento, tal como agua u otro fluido con una alta capacidad calorifica, se enruta a traves de tuberias en el subsuelo. Este fluido refrigerante luego enfria el fluido transportador en un intercambiador de calor.
El metodo de acuerdo con la invention se puede realizar en lugar de usar tecnicas de evaporation o ventilation como se ha descrito anteriormente o ademas de usar cualquiera de tales tecnicas. Por lo tanto, una region subterranea por debajo del nivel superficial del suelo en la zona de la central de energia se usa como una region de enfriamiento en la que el fluido transportador y opcionalmente tambien el fluido refrigerante se enfria al menos parcialmente.
De acuerdo con una realization adicional de la invencion, dicho efecto de enfriamiento tambien se puede lograr por medio de un metodo del tipo mencionado anteriormente, por lo que al menos parte de un proceso de enfriamiento se realiza suministrando al menos parte del fluido transportador y/o por lo menos algo de un fluido refrigerante usado para enfriar el fluido transportador, de un almacenamiento en frio que almacena el fluido a una temperatura significativamente inferior a la temperatura del fluido transportador en la turbina. Tal almacenamiento en frio, que se proporciona adicionalmente a la configuration de la invencion como se define en las reivindicaciones independientes 1 y 13, puede estar situado bajo tierra tal como se ha descrito anteriormente, pero tambien puede estar por encima del nivel del suelo y preferiblemente comprender un recipiente termicamente aislado. Este recipiente se alimenta preferentemente con un liquido o gas que ha sido enfriado por debajo del suelo. Sin embargo, tambien es posible tener un almacenamiento en frio que recibe fluido a un nivel de baja temperatura durante la noche y luego almacenado a temperatura fria durante el dia. Por ejemplo, dicho almacenamiento en frio se puede realizar como un estanque grande que se abre durante la noche para que su contenido (es decir, el fluido) se enfrie y que este cerrado y termicamente aislado durante el dia con el fin de mantener el nivel de baja temperatura durante el mayor tiempo posible. El almacenamiento en frio tambien puede alimentarse con un fluido que ha sido enfriado por un proceso de enfriamiento por encima de la tierra (por ejemplo, mediante intercambio de aire a liquido, lo que significa usar tecnicas de enfriamiento en seco) y/o subterraneo (es decir, de acuerdo con la primera realizacion de la invencion). Se proporciona el siguiente principio: se almacena a baja temperatura o se proporciona en un lugar determinado. En la primera realizacion, se almacena a baja temperatura en la region subterranea debido a las bajas temperaturas subterraneas que estan disponibles de todos modos. En la segunda realizacion, la invencion hace adicionalmente uso de un recipiente especialmente designado en el que la baja temperatura se conserva artificialmente. En ambas realizaciones de la invencion no son necesarias tecnicas de evaporacion y se reduce considerablemente la perdida de agua debida al enfriamiento y condensation. Una tecnica de ventilacion tampoco es esencial, aunque tal tecnologia puede usarse ademas de la tecnologia de enfriamiento de acuerdo con la invencion.
De acuerdo con lo anterior, dependiendo del uso de cualquiera de las realizaciones descritas anteriormente, una central de energia del tipo mencionado anteriormente se puede realizar de dos formas diferentes.
De acuerdo con la primera realizacion del metodo de acuerdo con la invencion que comprende todas las caracteristicas de la revindication 1 independiente, una central de energia solar del tipo mencionado anteriormente se puede mejorar por el hecho de que al menos parte del circuito transportador y opcionalmente tambien parte de al menos un circuito de enfriamiento con un fluido de enfriamiento usado para enfriar el fluido transportador es conducido subterraneamente a una profundidad que es sustancialmente mas fria que el aire ambiente.
Para ello, la central de energia comprende preferentemente tubos subterraneos y/o tanques. La region subterranea sirve como un "disipador de calor" o como una especie de deposito de baja temperatura. Tales tubos o tanques estan preferiblemente hechos de un material con un coeficiente de transferencia de calor elevado de manera que la transferencia de calor desde el fluido a la region subterranea fuera del tubo o tanque es lo mas eficaz posible. Por lo tanto, el coeficiente de transferencia de calor de dicha tuberia o tanque es preferiblemente superior a 15 W/mK, lo mas preferiblemente superior a 100 W/mK, es decir al menos en el intervalo del coeficiente de transferencia de metales tales como acero inoxidable o superior. Por lo tanto, se prefiere utilizar tubos o tanques no aislados termicamente. La transferencia de calor puede ser incluso mejorada por medios de mejora de transferencia de calor tales como tubos de aleta.
En segundo lugar, es decir, adicionalmente, una central de energia solar del tipo mencionado anteriormente puede ser mejorada por el hecho de que al menos parte del fluido transportador y/o al menos parte de un fluido refrigerante usado para enfriar el fluido transportador se almacena en un almacenamiento en frio a una temperatura significativamente inferior a la temperatura del fluido transportador en la turbina.
Dicho almacenamiento en frio se puede realizar como un recipiente o tanque por encima del suelo o por debajo del nivel del suelo. Puede ser incorporado en edificios de la central de energia para reducir la necesidad de aislamiento termico, pero tambien puede estar situado fuera de dichos edificios para estar mas alejado del proceso de calentamiento. Preferiblemente, dicho recipiente se aisla termicamente de tal manera que se transfiera poco calor al interior del recipiente, lo que a su vez significa que la baja temperatura dentro del almacenamiento en frio se mantiene el mayor tiempo posible. Especialmente se prefiere que el almacenamiento en frio mantenga la temperatura de su contenido a un cierto nivel que no exceda de 20 °C por encima de su nivel mas bajo durante el
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transcurso de un dla. Este es el valor preferido para el almacenamiento en frlo en un estado en el que se llena con el fluido designado durante un dla en el que no se insertan ni sacan fluidos del almacenamiento en frlo.
Como se ha indicado anteriormente, ambas realizaciones de la central de energla de acuerdo con la invencion siguen tambien el principio comun que se ha descrito con referencia a las dos realizaciones de los metodos de acuerdo con la invencion. En una combinacion de estas realizaciones, el almacenamiento en frlo se suministra bajo tierra bajo la superficie del suelo y, por lo tanto, no necesita necesariamente estar equipado con medios de aislamiento porque el aislamiento se realiza realmente por el suelo circundante en lugar de material aislante adicional.
Por ultimo, se describe un sistema de refrigeracion para una central de energla en la que al menos parte de un circuito transportador con un fluido transportador y opcionalmente tambien parte de al menos un circuito de refrigeracion con un fluido refrigerante utilizado para enfriar el fluido transportador que se conduce bajo tierra A una profundidad que es sustancialmente mas frla que el aire ambiente como se describe en las reivindicaciones independientes y en el que al menos parte del fluido transportador y/o al menos parte del fluido refrigerante se almacena opcionalmente adicionalmente en un sistema de refrigeracion en un almacenamiento en frlo a una temperatura significativamente inferior a la temperatura del fluido transportador en la turbina.
Con dicho sistema de enfriamiento, las centrales de energla pueden volver a equiparse para convertirse en una central de energla de acuerdo con la invencion de cualquiera de las realizaciones descritas anteriormente.
Las realizaciones y caracterlsticas particularmente ventajosas de la invencion se dan por las reivindicaciones dependientes, tal como se revela en la siguiente descripcion. De este modo, las caracterlsticas reveladas en el contexto de uno de los metodos tambien pueden realizarse en el contexto del otro metodo respectivo y / o en el contexto de cualquiera de las realizaciones de la central de energla electrica de acuerdo con la invencion a menos que lo contrario este expllcitamente fijado.
Se prefiere particularmente que el enfriamiento se lleve a cabo en una central de energla en un entorno caliente. Este ambiente caluroso se da particularmente en ambientes deserticos o en ambientes analogamente aridos. Se pueden caracterizar por el hecho de que durante al menos 100 dlas del ano se alcanza una temperatura maxima de 40°C. En tales circunstancias, el agua es particularmente escasa. Esto implica que el consumo de agua de centrales electricas compite directamente con las necesidades de agua para la produccion de alimentos y la vida urbana, de modo que es probable que la vida local y la produccion de alimentos tengan la mas alta prioridad sobre la generacion de energla. Por lo tanto, las centrales de energla en tales regiones solo pueden funcionar con exito si tienen una huella de pie de consumo de agua muy baja, es decir, como pocas perdidas de agua en funcionamiento como sea posible. El uso de los metodos de acuerdo con la invencion es particularmente util para no desperdiciar agua valiosa para la generacion de energla. Dicha agua ahora se puede ahorrar para otros propositos, tales como la agricultura y el uso domestico.
Al mismo tiempo, el impacto solar en estas regiones es particularmente alto. Por lo tanto, tales ambientes aridos ofrecen la posibilidad de operar centrales electricas solares, sin embargo, hasta ahora habla el dilema referente al enfriamiento eficiente como se describe en los parrafos introductorios. Por lo tanto, se prefiere que el enfriamiento se realice para un fluido transportador en una central de energla solar, en particular en una central de energla solar concentrada. En primer lugar, tales centrales de energla solares estan a menudo situadas en zonas aridas como se ha descrito anteriormente. En segundo lugar, tales centrales electricas, en particular las centrales electricas solares concentradas, producen fluidos transportadores con temperaturas muy altas. Las centrales electricas solares concentradas se caracterizan por el hecho de que los rayos de luz del sol se concentran en pequenas manchas para que produzcan temperaturas muy altas en estos puntos. El resultado es que las temperaturas generadas por las centrales de energla solares concentradas son particularmente altas y suficientes para el ciclo electrico central. Sin embargo, la eficiencia del ciclo se determina por la temperatura mas baja del extremo frlo (condensacion). Esta temperatura define la presion mas baja alcanzable en la salida de la turbina. Cuanto menor sea la mayor eficiencia y por lo tanto la salida de potencia extralda de la central de energla. Esto puede mejorarse mediante los procedimientos de acuerdo con la invencion.
Con el fin de enfriar aun mas cualquiera de los fluidos, puede ser necesario un enfriamiento adicional aparte del enfriamiento realizado por el metodo de acuerdo con la invencion. Una primera posibilidad es que el enfriamiento de acuerdo con la invencion se realice para un fluido transportador en un aparato electrico central que comprende un condensador enfriado por aire o una torre de enfriamiento seco que lleva a cabo parte del enfriamiento. Como se ha mostrado anteriormente, las torres de refrigeracion secas con ventiladores tienen la ventaja de que, de nuevo, esencialmente no se pierde fluido refrigerante en el aire. La combinacion del metodo de enfriamiento de acuerdo con la invencion con un metodo de enfriamiento que utiliza un condensador enfriado por aire hace posible un circuito de refrigeracion cerrado o un circuito transportador cerrado en el que no se pierde fluido al entorno ambiental.
Una segunda posibilidad que incluye tambien un enfriamiento adicional es que el enfriamiento de acuerdo con la invencion se realiza en un central de energla que comprende un sistema de refrigeracion en humedo que lleva a cabo parte del enfriamiento. La primera y la segunda posibilidad pueden combinarse de manera que, de hecho, tres
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sistemas de refrigeracion juntos proporcionan el efecto de enfriamiento global del fluido transportador, y opcionalmente tambien el fluido refrigerante. Sin embargo, el metodo de enfriamiento de acuerdo con la invencion tambien puede combinarse con un sistema de enfriamiento humedo solamente. Esto significa que una torre de enfriamiento humedo toma parte de la refrigeracion mientras que el resto del enfriamiento es realizado por el sistema de enfriamiento de acuerdo con la invencion. Como se ha indicado anteriormente, el enfriamiento en humedo proporciona el enfriamiento mas eficaz en general, de manera que se consigue un sistema particularmente eficaz, por lo que los metodos de acuerdo con la invencion ayudan a reducir el consumo de fluido. Ya sea que la torre de enfriamiento humedo este situada arriba o abajo, el sistema de refrigeracion de acuerdo con la invencion se puede elegir de acuerdo con las preferencias tecnicas y segun la disponibilidad de espacio, as! como en dependencia de otras presuposiciones. En algunos casos especiales, sin embargo, se prefiere colocar en una torre de enfriamiento humeda abajo del sistema de refrigeracion de acuerdo con la invencion. Este es particularmente el caso cuando las perdidas de agua de la torre de enfriamiento en humedo han de ser reducidas por el sistema de refrigeracion, lo que puede ser mejorado mediante la disposicion de los dos sistemas de refrigeracion.
Para resumir, la combinacion de tales sistemas de refrigeracion diferentes con el metodo de acuerdo con la invencion proporciona un sistema con mayor eficacia. Tambien hace posible el uso temporal de cualquiera de los metodos de enfriamiento en diferentes momentos. Por ejemplo, un circuito de enfriamiento principal puede comprender un sistema de torre de enfriamiento seco, mientras que solo en horas punta se hace funcionar un sistema de enfriamiento de acuerdo con la invencion.
Mientras que de acuerdo con la invencion esta previsto simplemente conducir el fluido transportador y opcionalmente tambien el fluido de refrigeracion a traves de un sistema de tuberla subterraneo, es tambien posible, en combinacion con las caracterlsticas de las reivindicaciones independientes 1 y 13, tambien es posible que el fluido transportador y/o el fluido refrigerante se enfrle en un intercambiador de calor conectado a un circuito de refrigeracion. Dicho circuito de enfriamiento contiene un fluido refrigerante. El fluido transportador puede ser enfriado directamente en el intercambiador de calor o el fluido refrigerante es enfriado en el intercambiador de calor por un segundo fluido refrigerante que circula en el circuito de refrigeracion. Esto ultimo significa que se utilizan en conjunto dos circuitos de refrigeracion, ambos que contienen fluido refrigerante, por lo que los fluidos de refrigeracion en los diferentes circuitos de refrigeracion pueden ser diferentes en especie, pero no necesariamente.
En cuanto al metodo de acuerdo con la segunda realizacion de la invencion (es decir, empleando adicionalmente un almacenamiento en frlo), el almacenamiento en frlo preferiblemente esta situado bajo tierra a una profundidad que es sustancialmente mas frla que el aire ambiente. De hecho, esto significa que ambas realizaciones de los metodos de acuerdo con la invencion se combinan de manera que el enfriamiento se lleva a cabo bajo tierra en un almacenamiento frio subterraneo.
Se prefiere particularmente que dicho almacenamiento en frlo se rellene con fluido durante la noche, que es entonces aplicado durante el dla. Esto significa que el fluido transportador y/o el fluido de enfriamiento son enfriados por la noche y recogidos en almacenamiento en frlo para que puedan ser suministrados durante el dla, especialmente durante aquellas horas del dla cuando el clima es particularmente caliente.
Adicionalmente, parte del fluido transportador y/o parte del fluido refrigerante se puede almacenar en una pluralidad de almacenes frlos. Por ejemplo, puede haber un almacenamiento en frlo principal para lo que puede denominarse "operacion normal" y un segundo almacenamiento en frlo adicional para tiempos de operacion bajo condiciones severas tales como tiempo muy caliente o tiempos de consumo maximo de energla. Sin embargo, tambien pueden usarse diferentes almacenes frlos a diferentes tiempos, por ejemplo, en dlas diferentes, de modo que el tiempo para recuperar la baja temperatura en cada uno de los almacenes frlos es mas largo. Ademas, todos los almacenes frlos pueden usarse en paralelo en cualquier momento dado para proporcionar un efecto de enfriamiento combinado.
El metodo de enfriamiento de acuerdo con la invencion es particularmente util para aquellos tiempos en los que es particularmente necesario enfriar el fluido transportador. Por lo tanto, preferiblemente se aplica bajo condiciones extremas de calor y/o durante tiempos de consumo maximo de energla.
Para tales condiciones extremas, se prefiere ademas que el uso del metodo de enfriamiento sea iniciado por una unidad de accionamiento de acuerdo con datos de entrada variables relacionados con informacion de temperatura y/o informacion de consumo de energla. Dicha unidad de accionamiento recibe informacion sobre la temperatura ambiente y/o informacion sobre el consumo de energla actual dentro de la red de suministro de energla y de ella deriva ordenes para activar o desactivar aquellas partes de la central de energla que operaran el sistema de refrigeracion de acuerdo con la invencion. Por ejemplo, las valvulas dentro y/o fuera del sistema de refrigeracion de acuerdo con la invencion se pueden abrir y cerrar dependiendo de tales ordenes de la unidad de accionamiento. Esto significa que el sistema de enfriamiento puede ser abierto y cerrado segun la necesidad actual.
Otros objetos y caracterlsticas de la presente invencion resultaran evidentes a partir de las siguientes descripciones detalladas consideradas en conjuncion con los dibujos adjuntos. Se debe entender, sin embargo, que los dibujos estan disenados unicamente con fines de ilustracion y no como una definition de los llmites de la invencion.
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La invencion esta definida unicamente por las reivindicaciones adjuntas.
En los dibujos, los numeros de referencia similares se refieren a objetos similares en todas partes. Los objetos de los diagramas no estan necesariamente dibujados a escala.
La figura 1 muestra una vista esquematica de una central de energla con un primer sistema de enfriamiento de acuerdo con el estado de la tecnica,
La figura 2 muestra una vista esquematica de una central de energla con un segundo sistema de refrigeracion de acuerdo con el estado de la tecnica,
La figura 3 muestra una vista esquematica de una central de energla con un sistema de refrigeracion de acuerdo con una primera realizacion que comprende caracterlsticas que complementan opcionalmente las caracterlsticas de la invencion,
La figura 4 muestra una vista esquematica de una central de energla con un sistema de enfriamiento de acuerdo con una segunda realizacion que comprende caracterlsticas que complementan opcionalmente las caracterlsticas de la invencion,
La figura 5 muestra una vista esquematica de una central de energla con un sistema de refrigeracion de acuerdo con una tercera realizacion que comprende caracterlsticas que complementan opcionalmente las caracterlsticas de la invencion,
La figura 6 muestra una vista detallada de una parte del sistema de refrigeracion de la figura 5.
Las figuras 1 y 2 se han descrito anteriormente en el contexto de la descripcion del estado de la tecnica.
En la siguiente descripcion de realizaciones que comprenden caracterlsticas que complementan opcionalmente las caracterlsticas de la invencion, se debe entender que la invencion comprende al menos todas las etapas del metodo o caracterlsticas de las reivindicaciones independientes 1 y 13 adjuntas.
La figura 3 muestra una central 2' de energla de acuerdo con una primera realizacion que comprende caracterlsticas que complementan opcionalmente las caracterlsticas de la invencion. En esta y en las siguientes figuras, los otros componentes de la central 2' de energla, tales como la camara de calentamiento, la turbina, el generador y el sistema de potencia, no se muestran por motivos de claridad.
En un circuito 11 de refrigeracion, el fluido 13 de refrigeracion, aqul el agua 13 de refrigeracion, es bombeada a traves de un sistema de tubos por una bomba 3 del circuito de enfriamiento. En primer lugar, pasa una torre 33 de enfriamiento seca del tipo que se ha descrito en el contexto de la figura 2. A continuacion, el agua 13 de refrigeracion se conduce mas abajo del suelo hacia el interior de la tierra hasta una profundidad 41 subterranea. Parte del circuito 11 de refrigeracion es por lo tanto un tubo 40 subterraneo, en el que el agua 13 de refrigeracion puede enfriarse por las bajas temperaturas en la profundidad 41 subterranea. El tubo 40 subterraneo constituye as! un sistema 4 de refrigeracion. El agua 13 de refrigeracion se conduce adicionalmente a una torre 19 de enfriamiento humedo del tipo descrito en la figura 1. El vapor de agua sale de la torre 19 de refrigeracion en humedo en forma de nubes 21 de vapor. El resto del agua 13 de refrigeracion se recoge y se bombea a un intercambiador de calor (no mostrado) para enfriar un fluido transportador de la central 2' de energla.
El tubo 40 subterraneo y por lo tanto el sistema 4 de refrigeracion pueden alimentarse con agua 13 de refrigeracion a traves de una primera valvula 59, mientras que una conexion 60 directa que evita el tubo 40 subterraneo puede ser abierta y cerrada por una segunda valvula 61. Si el agua 13 de refrigeracion ha de ser enfriada en el tubo 41 subterraneo, la primera valvula 59 se abre mientras que la segunda valvula 61 esta preferiblemente cerrada. Por otra parte, si el enfriamiento por la torre 33 de refrigeracion seca y la torre 19 de enfriamiento humedo es suficiente en si para enfriar el agua 13 de refrigeracion a la baja temperatura deseada, la segunda valvula 61 puede ser abierta mientras que la primera valvula 59 puede ser cerrado para cortar la conexion en el tubo 40 subterraneo. Para ello, una unidad 63 de control da ordenes SB tanto a la primera valvula 59 como a la segunda valvula 61, mediante las cuales se accionan las dos valvulas. La unidad 63 de control comprende una interfaz 64 de entrada para information de datos de informacion ID, por ejemplo, informacion sobre la temperatura ambiente de la central 2' de energla y/o sobre el consumo de corriente de la red de energla que es alimentada por la central 2' de energla. Una unidad 57 de accionamiento deriva de estos datos de informacion ID las ordenes SB que cerraran y abriran la primera valvula 59 y la segunda valvula 61. Por lo tanto, la apertura y el cierre de las valvulas 59, 61 depende de que los datos de informacion ID suministrados a traves de la interfaz sea 64. En otras palabras, el tubo 40 subterraneo puede ser cortado o dado acceso en dependencia de los datos de informacion ID. Por ejemplo, durante el dla, bajo condiciones climaticas calientes, los datos de informacion ID contendran informacion sobre altas temperaturas. Los datos de informacion tambien pueden comprender informacion de fecha y hora a partir de la cual se puede extraer en zonas aridas un cierto nivel de temperatura esperado. Por ejemplo, la informacion de que es mediodla sera suficiente en los desiertos como una indication de temperaturas ambiente muy caliente sin una medida adicional de las
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temperaturas. A partir de los datos de informacion ID, la unidad 57 de accionamiento obtiene ordenes SB de abrir la primera valvula 59 y de cerrar la segunda valvula 61 de manera que se pone a disposicion una refrigeracion adicional en el tubo 40 subterraneo. Lo mismo puede ser el caso en tiempos de consumo de energla extremadamente alto en la red de suministro de energla.
Dicha unidad 63 de control se puede utilizar en cualquiera de las siguientes realizaciones como se describe con referencia a las figuras 4 y 5. Por lo tanto, no se muestra en las figuras siguientes.
La figura 4 muestra una central 2' de energla, de acuerdo con una segunda realizacion que comprende caracterlsticas que complementan opcionalmente las caracterlsticas de la invencion. De nuevo, el agua 13 de refrigeracion es bombeada a traves de un circuito 11 de refrigeracion por una bomba 3. Pasa por una torre 33 de refrigeracion seca como se ha descrito antes de entrar en una profundidad 41 subterranea en la que esta situado un intercambiador 45 de calor. En el intercambiador 45 de calor el agua 13 de refrigeracion es enfriada y conducida adicionalmente a una torre 19 de enfriamiento humeda como se describe con referencia a la figura 3. El intercambiador 45 de calor se suministra con un segundo llquido 46 de enfriamiento que es conducido a traves de un segundo circuito 47 de enfriamiento por una segunda bomba 49 del circuito de refrigeracion. Este segundo circuito 47 de refrigeracion esta en la profundidad 41 subterranea de modo que es enfriado por el suelo subterraneo. El segundo circuito 47 de refrigeracion junto con el intercambiador 45 de calor y la segunda bomba 49 de circuito de refrigeracion constituye por lo tanto un sistema 4 de refrigeracion de acuerdo con una segunda realizacion de la invencion.
La figura 5 muestra una central 2' de energla de acuerdo con una tercera realizacion que comprende caracterlsticas que complementan opcionalmente las caracterlsticas de la invencion. Por razones de claridad, no se mencionan de nuevo las caracterlsticas comunes con las figuras 3 y 4. Despues de salir de la torre 33 de enfriamiento seca, el agua 13 de refrigeracion se conduce de nuevo a una profundidad 41 subterranea en la que se encuentra un almacenamiento 51 en frlo. Se puede observar que dicho almacenamiento 51 en frlo tambien puede estar situado por encima del suelo, en cuyo caso esta preferiblemente termicamente aislado desde el exterior.
El almacenamiento 51 en frlo se muestra con mas detalle en la figura 6. Se realiza como un estanque en el que el agua 13 de refrigeracion se almacena en gran cantidad. Con el fin de enfriar el agua 13 de refrigeracion, se conduce un sistema 53 de tuberlas adicional con una bomba 55 subterranea, de manera que el agua 13 de refrigeracion se enfrla por debajo del suelo y se lleva de nuevo al deposito 51 de refrigeracion. Desde el almacenamiento 51 en frlo, el agua 13 de refrigeracion vuelve al circuito 11 de refrigeracion como se muestra en la figura 5.
Aunque se ha descrito la presente invencion en forma de realizaciones preferentes y variaciones en la misma, se entendera que se podrlan hacer numerosas modificaciones y variaciones adicionales a la misma sin apartarse del alcance de la invencion como se define en las reivindicaciones adjuntas. Como se ha mencionado anteriormente, el almacenamiento en frlo tambien se puede colocar por encima del suelo y no es absolutamente necesario utilizar torres de enfriamiento en seco y/o torres de enfriamiento en humedo ademas del sistema de refrigeracion utilizado para realizar el metodo de acuerdo con la invencion.
En aras de la claridad, se debe entender que el uso de "un" o "uno" a lo largo de esta solicitud no excluye una pluralidad, y "que comprende" no excluye otras etapas o elementos.

Claims (14)

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    REIVINDICACIONES
    1. Metodo para enfriar un fluido (5) transportador de una central de energla solar, en donde
    - el fluido (5) transportador se utiliza para accionar una turbina (29) de la central (2') electrica solar;
    - el fluido transportador comprende agua; y
    - al menos una parte de un proceso de enfriamiento se realiza al conducir el fluido (5) transportador subterraneamente un suelo a una profundidad (41) en la que el suelo es sustancialmente mas frlo que el aire ambiente;
    caracterizado porque
    - la profundidad se selecciona de manera que haya al menos una diferencia de temperatura de 10°C entre el aire ambiente y una region subterranea en la que tenga lugar el enfriamiento, utilizando la inercia termica del suelo subterraneo.
  2. 2. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 1, en donde el proceso de enfriamiento se realiza adicionalmente conduciendo un fluido (13, 16) refrigerante para enfriar el fluido transportador (5) subterraneo del suelo a la profundidad.
  3. 3. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, en el que se utiliza una central de energla solar concentrada como una central de energla solar.
  4. 4. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el enfriamiento se realiza para un fluido (5) transportador en una central (2') electrica solar que comprende un condensador (35) enfriado por aire que lleva a cabo parte del enfriamiento.
  5. 5. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el enfriamiento se realiza en una central (2') electrica solar que comprende un sistema (19) de refrigeracion en humedo, que realiza parte del enfriamiento.
  6. 6. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el fluido (5) transportador y/o el fluido (13) refrigerante se enfrla en un intercambiador (45) de calor conectado a un circuito (47) de refrigeracion.
  7. 7. Metodo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en el que se proporciona un proceso de enfriamiento que almacena (51) el fluido a una temperatura significativamente inferior a la temperatura del fluido (5) transportador en la turbina (29).
  8. 8. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 7, en el que el almacenamiento (51) en frlo esta situado bajo tierra a una profundidad (41) que es sustancialmente mas frla que el aire ambiente.
  9. 9. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 7 u 8, en el que el almacenamiento (51) en frlo se rellena con fluido durante la noche, que es suministrado entonces durante el dla.
  10. 10. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que parte del fluido (5) transportador y/o parte del fluido (13) refrigerante se almacena en una pluralidad de almacenamiento (51) en frlo.
  11. 11. Metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el metodo de enfriamiento se aplica durante las horas punta de consumo de potencia.
  12. 12. Metodo de acuerdo con la reivindicacion 11, en el que el uso del metodo de refrigeracion es iniciado por una unidad (57) de accionamiento de acuerdo con datos (ID) de entrada variable pertenecientes a informacion de temperatura y/o informacion de consumo de potencia.
  13. 13. Central (2') de energla solar con un circuito (1) transportador con un fluido (5) transportador en el que el fluido (5) transportador acciona una turbina (29) de la central de energla, en la que
    - el fluido transportador comprende agua y
    - al menos una parte del circuito (1) transportador se conduce subterraneamente a una profundidad (41) que es sustancialmente mas frla que el aire ambiente;
    caracterizado porque
    - la profundidad se selecciona de manera que haya al menos una diferencia de temperatura de 10°C entre el aire ambiente y la zona subterranea en la que tenga lugar el enfriamiento del fluido transportador, utilizando la inercia termica del suelo subterraneo.
  14. 14. Central de energla solar de acuerdo con la reivindicacion 13, en donde una parte de al menos un circuito de 5 refrigeracion con un fluido (13, 16) refrigerante utilizado para enfriar el fluido (5) transportador que es conducido subterraneamente a la profundidad (41).
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