ES2554282A2 - Sistema de captación de calor solar - Google Patents

Sistema de captación de calor solar Download PDF

Info

Publication number
ES2554282A2
ES2554282A2 ES201590102A ES201590102A ES2554282A2 ES 2554282 A2 ES2554282 A2 ES 2554282A2 ES 201590102 A ES201590102 A ES 201590102A ES 201590102 A ES201590102 A ES 201590102A ES 2554282 A2 ES2554282 A2 ES 2554282A2
Authority
ES
Spain
Prior art keywords
heat
steam
temperature
high temperature
heliostats
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
ES201590102A
Other languages
English (en)
Other versions
ES2554282R1 (es
ES2554282B2 (es
Inventor
Kobei SHINOZAKI
Takairo MARUMOTO
Tetsuo Shikata
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Power Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd filed Critical Mitsubishi Hitachi Power Systems Ltd
Publication of ES2554282A2 publication Critical patent/ES2554282A2/es
Publication of ES2554282R1 publication Critical patent/ES2554282R1/es
Application granted granted Critical
Publication of ES2554282B2 publication Critical patent/ES2554282B2/es
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S50/00—Arrangements for controlling solar heat collectors
    • F24S50/40—Arrangements for controlling solar heat collectors responsive to temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/065—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means having a Rankine cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/065—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means having a Rankine cycle
    • F03G6/067—Binary cycle plants where the fluid from the solar collector heats the working fluid via a heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/071—Devices for producing mechanical power from solar energy with energy storage devices
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/121—Controlling or monitoring
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/20—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S23/00—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors
    • F24S23/70—Arrangements for concentrating solar-rays for solar heat collectors with reflectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S40/00—Safety or protection arrangements of solar heat collectors; Preventing malfunction of solar heat collectors
    • F24S40/50—Preventing overheating or overpressure
    • F24S40/52—Preventing overheating or overpressure by modifying the heat collection, e.g. by defocusing or by changing the position of heat-receiving elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S40/00—Safety or protection arrangements of solar heat collectors; Preventing malfunction of solar heat collectors
    • F24S40/50—Preventing overheating or overpressure
    • F24S40/55—Arrangements for cooling, e.g. by using external heat dissipating means or internal cooling circuits
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S50/00—Arrangements for controlling solar heat collectors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S70/00—Details of absorbing elements
    • F24S70/60—Details of absorbing elements characterised by the structure or construction
    • F24S70/65—Combinations of two or more absorbing elements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/061—Parabolic linear or trough concentrators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G—SPRING, WEIGHT, INERTIA OR LIKE MOTORS; MECHANICAL-POWER PRODUCING DEVICES OR MECHANISMS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR OR USING ENERGY SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03G6/00—Devices for producing mechanical power from solar energy
    • F03G6/06—Devices for producing mechanical power from solar energy with solar energy concentrating means
    • F03G6/063—Tower concentrators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S2020/10—Solar modules layout; Modular arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24S—SOLAR HEAT COLLECTORS; SOLAR HEAT SYSTEMS
    • F24S20/00—Solar heat collectors specially adapted for particular uses or environments
    • F24S20/20—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants
    • F24S2020/23—Solar heat collectors for receiving concentrated solar energy, e.g. receivers for solar power plants movable or adjustable
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/44—Heat exchange systems
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
    • Y02E10/46—Conversion of thermal power into mechanical power, e.g. Rankine, Stirling or solar thermal engines

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Abstract

La invención tiene la finalidad de reducir el riesgo de daño de los tubos de transferencia de calor de un dispositivo de captación de calor a alta temperatura. Un sistema de captación de calor solar está provisto de un dispositivo de captación de calor a baja temperatura (1) que calienta agua suministrada utilizando calor de la luz solar generando por ello vapor; un dispositivo de separación de vapor-agua (4) que separa un fluido bifase agua-vapor generado por el dispositivo de captación de calor a baja temperatura en agua y vapor; un dispositivo de captación de calor a alta temperatura (5) que calienta el vapor separado por el dispositivo de separación de vapor-agua utilizando calor de luz solar que es reflejado por una pluralidad de heliostatos (8) generando por ello vapor supercalentado; y un dispositivo de control de heliostatos (13) que controla los ángulos de la pluralidad de heliostatos de modo que la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura no pueda ser más alta que una temperatura umbral que se pone con el fin de evitar el rebasamiento de la temperatura del vapor en una salida del dispositivo de captación de calor a alta temperatura.

Description

Sistema de captación de calor solar
Campo técnico
La presente invención se refiere a un sistema de captación de calor solar que capta calor del sol y genera vapor utilizando el calor.
Antecedentes de la invención
Por ejemplo, las técnicas anteriores en este campo técnico incluyen el folleto de la Publicación Internacional WO 2013/002054 (literatura de patentes 1). En dicho folleto se describe un sistema de captación de calor solar que está provisto de un dispositivo de calentamiento a baja temperatura, un dispositivo de separación de vapor-agua, un dispositivo de calentamiento a alta temperatura, y una bomba de circulación (véase el Resumen). El dispositivo de calentamiento a baja temperatura calienta agua suministrada desde una bomba de alimentación de agua utilizando el calor de la luz solar. El dispositivo de separación de vapor-agua separa un fluido bifase agua-vapor generado por el dispositivo de calentamiento a baja temperatura en agua y vapor. El dispositivo de calentamiento a alta temperatura calienta el vapor separado por el dispositivo de separación de vapor-agua utilizando el calor de la luz solar. La bomba de circulación suministra el agua separada por el dispositivo de separación de vapor-agua al dispositivo de calentamiento a baja temperatura.
Lista de citas
Literatura de patentes
Literatura de patentes 1: Folleto de la Publicación Internacional WO 2013/002054
Resumen de la invención
Problema técnico
En las figuras 15(a), (b), (c), (d), (e) y (f) respectivamente se muestra el cambio de la
cantidad de radiación solar, el cambio de la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a baja temperatura, el cambio de la temperatura del vapor en una entrada del dispositivo de separación de vapor-agua, el cambio del caudal de vapor en una entrada (salida) del dispositivo de captación de calor a alta temperatura, el cambio de la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura, y el cambio de la temperatura del vapor en la salida del dispositivo de captación de calor a alta temperatura en el caso en el que se usa el sistema de captación de calor solar de la literatura de patentes 1 para generar vapor.
Cuando la cantidad de radiación solar comienza a aumentar en un instante de tiempo t1 como se representa en la figura 15(a), el dispositivo de captación de calor a baja temperatura y el dispositivo de captación de calor a alta temperatura se ponen en funcionamiento y las temperaturas del metal de los respectivos dispositivos de captación de calor comienzan a aumentar como se representa en la figura 15(b) Y la figura 15( e). El agua suministrada al dispositivo de captación de calor a baja temperatura se calienta a una temperatura de vapor saturado en un instante de tiempo t3 y un fluido bifase agua-vapor que ha alcanzado la temperatura de saturación es separado en vapor y agua por el dispositivo de separación de vapor-agua (figura 15(c)). Por otra parte, desde el instante de tiempo t1 a
un instante de tiempo t4 (que es un instante de tiempo ligeramente posterior a t3), todavía no ha fluido vapor al dispositivo de captación de calor a alta temperatura, pero la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura sigue subiendo, como se representa en la figura 15(d). Cuando el vapor que ha comenzado a aumentar gradualmente se hace fluir desde el dispositivo de separación de vapor-agua al
dispositivo de captación de calor a alta temperatura en este estado, la temperatura del vapor en la salida del dispositivo de captación de calor a alta temperatura se excede en el instante de tiempo t4, como se representa en la figura 15(f). Como resultado, hay posibilidad de que los tubos de transferencia de calor del dispositivo de captación de calor a alta temperatura se dañen.
La invención se ha realizado en consideración a dichas circunstancias reales. Un objeto de la invención es reducir el riesgo de daño de los tubos de transferencia de calor de un dispositivo de captación de calor a alta temperatura en un sistema de captación de calor solar.
Solución del problema
Con el fin de lograr dicho objeto, según una primera configuración de la invención, se facilita un sistema de captación de calor solar incluyendo: un dispositivo de captación de calor a baja temperatura que calienta agua suministrada utilizando calor de la luz solar generando por ello vapor; un dispositivo de separación de vapor-agua que separa un fluido bifase aguavapor generado por el dispositivo de captación de calor a baja temperatura en agua y vapor; un dispositivo de captación de calor a alta temperatura que calienta el vapor separado por el dispositivo de separación de vapor-agua utilizando calor de la luz solar que es reflejado por una pluralidad de heliostatos generando por ello vapor supercalentado; y un dispositivo de control de heliostatos que controla los ángulos de la pluralidad de heliostatos de modo que la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura no pueda ser superior a una temperatura umbral que se pone con el fin de evitar el rebasamiento de la temperatura del vapor en una salida del dispositivo de captación de calor a alta temperatura.
Según la primera configuración, la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura se controla de manera que no sea más alta que la temperatura umbral. Consiguientemente, es posible evitar el rebasamiento de la temperatura del vapor en la salida del dispositivo de captación de calor a alta temperatura. Así, es posible reducir el riesgo de daño de los tubos de transferencia de calor del dispositivo de captación de calor a alta temperatura.
Según una segunda configuración de la invención, se facilita un sistema de captación de calor solar según la primera configuración, incluyendo además: un detector de temperatura de metal que detecta la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura; y un detector de caudal que detecta el caudal del vapor supercalentado generado por el dispositivo de captación de calor a alta temperatura; donde: el dispositivo de control de heliostatos controla los ángulos de la pluralidad de heliostatos en base a datos de temperatura adquiridos por el detector de temperatura de metal y datos de caudal adquiridos por el detector de caudal.
Según la segunda configuración, los heliostatos son controlados en base a los datos de la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura y los datos del caudal del vapor supercalentado. Consiguientemente, es posible regular exactamente la temperatura del vapor en la salida del dispositivo de captación de calor a alta temperatura. Así, es posible reducir el riesgo de daño a los tubos de transferencia de calor del dispositivo de captación de calor a alta temperatura en mayor medida.
Según una tercera configuración de la invención, se facilita un sistema de captación de calor solar según la configuración primera o segunda, incluyendo además: un primer detector de temperatura que detecta la temperatura del vapor en una entrada del dispositivo de separación de vapor-agua; donde: el dispositivo de control de heliostatos controla los ángulos de la pluralidad de heliostatos de modo que la luz solar pueda ser reflejada hacia el dispositivo de captación de calor a alta temperatura por los heliostatos en cualquier tiempo después de un tiempo en que el dispositivo de captación de calor a baja temperatura se pone en funcionamiento y antes de que la temperatura detectada por el primer detector de temperatura llegue a una temperatura de vapor saturado.
Según la tercera configuración, la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura comienza a aumentar después de que el dispositivo de captación de calor a baja temperatura se pone en funcionamiento. Consiguientemente, es fácil controlar la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura de manera que no sea más alta que la temperatura umbral. Es decir, según la tercera configuración, debido al fácil control para efectuar el arranque del dispositivo de captación de calor a alta temperatura posterior al arranque del dispositivo de captación de calor a baja temperatura, el aumento de la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura se puede evitar efectivamente para reducir por ello el riesgo de daño de los tubos de transferencia de calor.
Además, según la tercera configuración, el dispositivo de captación de calor a alta temperatura se pone en marcha antes de que la temperatura detectada por el primer detector de temperatura llegue a la temperatura de vapor saturado. Consiguientemente, es posible evitar que fluya vapor al dispositivo de captación de calor a alta temperatura en el estado en el que la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura es inferior a la temperatura de vapor saturado.
Según una cuarta configuración de la invención, se facilita un sistema de captación de calor solar según la configuración primera o segunda, incluyendo además: un segundo detector de temperatura que detecta la temperatura del vapor en una salida del dispositivo de captación de calor a baja temperatura; donde: el dispositivo de control de heliostatos controla los ángulos de la pluralidad de heliostatos de modo que la luz solar pueda ser reflejada hacia el dispositivo de captación de calor a alta temperatura por los heliostatos en cualquier tiempo después de un tiempo en que el dispositivo de captación de calor a baja
temperatura se pone en marcha y antes de que la temperatura detectada por el segundo
detector de temperatura llegue a una temperatura de vapor saturado.
Según la cuarta configuración, la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura comienza a aumentar después de arrancar el dispositivo de captación de calor a baja temperatura. Consiguientemente, es fácil controlar la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura de manera que no sea más alta que la temperatura umbral. Es decir, según la cuarta configuración, debido al fácil control al efectuar el arranque del dispositivo de captación de calor a alta temperatura posterior al arranque del dispositivo de captación de calor a baja temperatura, el aumento de la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura se puede evitar efectivamente para reducir por ello el riesgo de daño de los tubos de transferencia de calor.
Además, según la cuarta configuración, el dispositivo de captación de calor a alta temperatura se arranca antes de que la temperatura detectada por el segundo detector de temperatura llegue a la temperatura de vapor saturado. Consiguientemente, es posible evitar que fluya vapor al dispositivo de captación de calor a alta temperatura en el estado en el que la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura es inferior a la temperatura de vapor saturado.
Según una quinta configuración de la invención, se facilita un sistema de captación de calor solar según alguna de las configuraciones primera a cuarta, donde: el dispositivo de captación de calor a baja temperatura incluye un dispositivo de captación de luz/calor del tipo de canal en el que tubos de transferencia de calor están dispuestos encima de las superficies circunferenciales interiores curvadas de espejos de captación de luz cada uno de los cuales se extiende a modo de canal de modo que la luz solar pueda concentrarse en los tubos de transferencia de calor por los espejos de captación de luz para calentar agua que circula en los tubos de transferencia de calor generando por ello vapor, o un dispositivo de captación de luz/calor de tipo Fresnel en el que gran número de espejos de captación de luz sustancialmente planos están yuxtapuestos y tubos de transferencia de calor están dispuestos encima del grupo de espejos de captación de luz de modo que la luz solar pueda ser concentrada en los tubos de transferencia de calor por el grupo de espejos de captación de luz para calentar agua que circula en los tubos de transferencia de calor generando por ello vapor; el dispositivo de captación de calor a alta temperatura incluye un dispositivo de captación de luz/calor del tipo de torre en el que un panel de tubos de transferencia de calor está instalado en una torre que tiene una altura predeterminada de modo que la luz solar pueda ser concentrada en el panel de tubos de transferencia de calor por la pluralidad de heliostatos para calentar agua que circula en el panel de tubos de transferencia de calor generando por ello vapor; y el dispositivo de control de heliostatos regula los ángulos de los heliostatos de modo que la luz solar pueda ser concentrada en el panel de tubos de transferencia de calor por los heliostatos a distancias largas de la torre antes que por los heliostatos a distancias cortas de la torre.
Según la quinta configuración, es posible evitar que la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura aumente de repente. Consiguientemente, es posible evitar el riesgo de daño al panel de tubos de transferencia de calor en mayor medida.
Según una sexta configuración de la invención, se facilita un sistema de captación de calor solar según la quinta configuración, donde: se facilita una válvula de pulverización para pulverizar agua sobre el vapor supercalentado generado por el dispositivo de captación de calor a alta temperatura con el fin de hacer estable la temperatura del vapor supercalentado.
Según la sexta configuración, es posible suministrar el vapor supercalentado a temperatura estable. Consiguientemente, cuando, por ejemplo, el sistema de captación de calor solar según la sexta configuración se usa para ser incorporado a una central térmica solar, etc, el rendimiento de la planta en conjunto se puede mejorar.
Efectos ventajosos de la invención
Según la invención, es posible reducir el riesgo de daño de los tubos de transferencia de calor del dispositivo de captación de calor a alta temperatura. A propósito, problemas, configuraciones y efectos distintos de los indicados serán claros a partir de la descripción de las realizaciones siguientes.
Breve descripción de los dibujos
[Figura 1] Un diagrama esquemático de la configuración de un sistema de captación de calor solar según una primera realización de la invención.
[Figura 2] Un diagrama esquemático de la configuración de un dispositivo de captación de
luz/calor del tipo de torre en el que se ha instalado un dispositivo de captación de calor a alta temperatura representado en la figura 1.
[Figura 3] Un diagrama esquemático de la configuración de un panel de transferencia de calor del dispositivo de captación de calor a alta temperatura representado en la figura 2.
[Figuras 4] Gráficos que representan varios datos en el caso donde el sistema de captación de calor solar según la primera realización se usa para generar vapor.
[Figura 5] Un diagrama esquemático de la configuración de un sistema de captación de calor solar según una segunda realización de la invención.
[Figura 6] Un diagrama de principio para explicar la configuración, etc, de un dispositivo de captación de luz/calor del tipo de canal.
[Figura 7] Un diagrama de principio para explicar la configuración, etc, de un dispositivo de captación de luz/calor de tipo Fresnel.
[Figura 8] Un diagrama esquemático de la configuración de un sistema de captación de calor solar según una tercera realización de la invención.
[Figura 9] Un diagrama esquemático de la configuración de un sistema de captación de calor solar según una cuarta realización de la invención.
[Figuras 10] Gráficos que representan varios datos en el caso en el que el sistema de captación de calor solar según la cuarta realización se usa para generar vapor.
[Figuras 11] (a) es una vista que muestra la eficiencia de captación de luz por heliostato con respecto a una distancia X entre una torre y el heliostato y (b) es una vista superior de un dispositivo de captación de calor a alta temperatura.
[Figura 12] Un diagrama esquemático de la configuración de un sistema de captación de calor solar según una quinta realización de la invención.
[Figura 13] Un diagrama esquemático de la configuración de un sistema de captación de
calor solar según una sexta realización de la invención.
[Figura 14] Un diagrama esquemático de la configuración de un sistema de captación de
calor solar según una séptima realización de la invención.
[Figuras 15] Gráficos que representan varios datos en el caso en el que un sistema de captación de calor solar según los antecedentes de la invención se usa para generar vapor.
Descripción de realizaciones
El contenido de la invención se describirá en detalle en las realizaciones indicadas a continuación, pero la invención no se limita a las realizaciones.
[Primera realización]
La figura 1 es un diagrama esquemático de la configuración de un sistema de captación de calor solar SYS1 según una primera realización de la invención. El sistema de captación de calor solar SYS1 se usa para suministrar vapor supercalentado a una turbina de vapor de una central térmica solar. A propósito, aunque no se representa, la central térmica solar tiene una configuración incluyendo la turbina de vapor, un generador de potencia, un condensador de vapor, y una línea. La turbina de vapor es movida por vapor supercalentado generado por un dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 del sistema de captación de calor solar SYS1. El generador de potencia genera potencia eléctrica utilizando la potencia motriz de la turbina de vapor. El condensador de vapor condensa el vapor supercalentado suministrado a la turbina de vapor a agua. A través de la línea, el agua condensada por el condensador de vapor es suministrada a un dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 del sistema de captación de calor solar SYS1.
En la figura 1, el número de referencia 1 designa un dispositivo de captación de calor a baja temperatura que calienta agua utilizando calor de la luz solar; 2, una bomba de alimentación de agua; 3, una válvula de suministro de agua; 4, un dispositivo de separación de vaporagua que separa un fluido bifase agua-vapor generado por el dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 en agua y vapor; 5, un dispositivo de captación de calor a alta temperatura que calienta vapor utilizando calor de la luz solar; 6, el sol; 7, luz solar del sol; 8, heliostatos; 9, una torre; 10, una válvula de vapor; 11; un flujómetro (detector de caudal) que mide el caudal del vapor del dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5; 12, un termómetro (detector de temperatura de metal) que mide la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5; 13, un dispositivo aritmético (dispositivo de control de heliostatos) que regula un ángulo de cualquier heliostato 8 en base a datos de caudal adquiridos por el flujómetro 11 y datos de temperatura adquiridos por el termómetro 12; 14, una bomba de circulación; y 40, una válvula de pulverización. A propósito, la razón por la que la válvula de pulverización 40 se dispone en un tubo de bifurcación que se bifurca de un tubo que conecta la bomba de alimentación de agua 2 y la válvula de suministro de agua 3 es que la temperatura de agua suministrada es muy estable de modo que el caudal del agua pueda ser ajustado fácilmente.
En la descripción siguiente, los tubos que conectan elementos constituyentes respectivos se denominarán líneas O-O. Cada una de dichas O será sustituida por un número o signo de referencia. Por ejemplo, una línea 2-3 expresa un tubo que conecta la bomba de alimentación de agua 2 y la válvula de suministro de agua 3.
En el sistema de captación de calor solar SYS1, como se representa en la figura 1, el agua suministrada desde la bomba de alimentación de agua 2 pasa primero a través de la línea 2
3. El caudal del agua es regulado por la válvula de suministro de agua 3. Entonces, el agua regulada es distribuida al dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 a través de una línea 3-1. En el dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1, el agua suministrada es calentada por el calor de la luz solar de modo que se pueda generar un fluido bifase agua-vapor. El fluido bifase agua-vapor generado es distribuido al dispositivo de separación de vapor-agua 4 a través de una línea 1-4.
El fluido bifase agua-vapor dirigido al dispositivo de separación de vapor-agua 4 se separa en agua y vapor por el dispositivo de separación de vapor-agua 4. El vapor saturado separado es distribuido al dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 a través de una línea 4-5. El vapor saturado dirigido al dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 se calienta más con calor solar en el dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 de modo que se pueda generar vapor supercalentado. A propósito, el agua separada por el dispositivo de separación de vapor-agua 4 es distribuida a la bomba de circulación 14 a través de una línea 4-14. El agua presurizada por la bomba de circulación 14 es distribuida a una entrada del dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 a través de una línea 14-1.
El vapor supercalentado generado por el dispositivo de captación de calor a alta temperatura
5 se pasa a través de una línea 5-11 de modo que el caudal del vapor supercalentado pueda ser medido por el flujómetro 11. El vapor supercalentado se pasa a través de una línea 1110 de modo que el caudal del vapor supercalentado pueda ser ajustado por la válvula de vapor 10. A propósito, los datos de caudal del flujómetro 11 son introducidos al dispositivo aritmético 13. Además, la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 es medida por el termómetro 12. Los datos de temperatura del termómetro 12 son introducidos al dispositivo aritmético 13. Además, el dispositivo aritmético 13 tiene un mecanismo para ajustar el ángulo de cualquier heliostato 8 en base a los datos de caudal introducidos y los datos de temperatura introducidos (los detalles se describirán más adelante). A propósito, el detector de temperatura de metal según la invención no se limita al termómetro, sino que puede incluir un detector de temperatura de metal en base a análisis de datos fotográficos usando termografía o una cámara.
La figura 2 es un diagrama esquemático de la configuración de un dispositivo de captación de luz/calor del tipo de torre en el que se ha instalado el dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 representado en la figura 1. La figura 3 es un diagrama esquemático de la configuración de un panel de transferencia de calor del dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5.
Como se representa en la figura 2, en el dispositivo de captación de luz/calor del tipo de torre, el dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 (panel de tubos de transferencia de calor 27) se ha instalado en una torre 9 que tiene una altura predeterminada (aproximadamente de 30 m a 100 m). Por otra parte, gran número de heliostatos 8 están dispuestos en varias direcciones en la superficie de la tierra. El grupo de los heliostatos 8 rastrea el movimiento del sol 6 para concentrar luz en el dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 (panel de tubos de transferencia de calor 27) de modo que el vapor supercalentado pueda ser generado en el dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5. Con dicho mecanismo, el dispositivo de captación de luz/calor del tipo de torre puede generar vapor a temperatura más alta que un dispositivo de captación de luz/calor del tipo de canal. Consiguientemente, cuando el dispositivo de captación de luz/calor del tipo de torre se usa en una central térmica solar, se obtiene la ventaja de que la eficiencia de la turbina se puede mejorar y se puede obtener más potencia eléctrica.
Como se representa en la figura 3, el panel de tubos de transferencia de calor 27 usado en el dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 está constituido por un colector
inferior de supercalentador 22, gran número de tubos de transferencia de calor de
supercalentador 21, Y un colector superior de supercalentador 23. El colector inferior de supercalentador 22 distribuye uniformemente el vapor del dispositivo de separación de vapor-agua 4. Los tubos de transferencia de calor de supercalentador 21 están dispuestos en paralelo de modo que el vapor distribuido por el colector inferior de supercalentador 22 pueda hacerse fluir a través de los tubos de transferencia de calor de supercalentador 21. El colector superior de supercalentador 23 recoge el vapor supercalentado que sale de los tubos de transferencia de calor de supercalentador 21. El vapor supercalentado que sale del colector superior de supercalentador 23 es suministrado a la turbina de vapor no representada.
Las figuras 4 (a), (b), (c), (d), (e) y (f) respectivamente se usarán a continuación para explicar el cambio de la cantidad de radiación solar, el cambio de la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a baja temperatura, el cambio de la temperatura del vapor en una entrada del dispositivo de separación de vapor-agua, el cambio del caudal de vapor en una entrada (salida) del dispositivo de captación de calor a alta temperatura, el cambio de la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura, y el cambio de la temperatura del vapor en la salida del dispositivo de captación de calor a alta temperatura en el caso donde el sistema de captación de calor solar SYS1 según la primera realización se usa para generar vapor.
Cuando la cantidad de radiación solar comienza a aumentar en un instante de tiempo t1 como se representa en la figura 4(a), el dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 se pone en marcha y la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 comienza a aumentar como se representa en la figura 4(b). La temperatura del vapor llega a una temperatura de vapor saturado T3 en la entrada del dispositivo de separación de vapor-agua 4 en un instante de tiempo t3, como se representa en la figura 4(c). En esta ocasión, el dispositivo aritmético 13 regula el ángulo de cualquier heliostato 8 en base a los datos de caudal adquiridos por el flujómetro 11 y los datos de temperatura adquiridos por el termómetro 12 de modo que se pueda evitar que la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 supere una temperatura umbral Tc (Tc= 600'C a 660'C), como se representa en la figur a 4(e).
Así, incluso en un momento (instante de tiempo t4 en la figura 4(d)) cuando el vapor saturado cuya temperatura ha aumentado hasta la temperatura de vapor saturado T3 fluye al dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5, la cantidad de temperatura con la
que la temperatura del vapor se puede rebasar en la salida del dispositivo de captación de
calor a alta temperatura 5 se puede reducir de modo que el riesgo de daño térmico de los tubos de transferencia de calor del dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 se puede reducir (véase la figura 4(f)).
[Realización 2]
La figura 5 es un diagrama esquemático de la configuración de un sistema de captación de calor solar SYS2 según una segunda realización de la invención. En la realización se usa un dispositivo de captación de calor a baja temperatura 15 incluyendo un dispositivo de captación de luz/calor del tipo de canal. El resto de la configuración, etc, es el mismo que en la primera realización de modo que no se duplicará su descripción.
La figura 6 es un diagrama de principio para explicar la configuración, etc, del dispositivo de captación de luz/calor del tipo de canal. En el dispositivo de captación de luz/calor del tipo de canal, unos tubos de transferencia de calor 31 están dispuestos horizontal e individualmente en posiciones focales encima de las superficies circunferenciales interiores curvadas de los espejos de captación de luz 30 cada uno de los cuales se extiende a modo de canal, de modo que la luz solar 7 pueda ser concentrada en los tubos de transferencia de calor 31 por los espejos de captación de luz 30, como se representa en la figura 6. Circula agua 33 en los respectivos tubos de transferencia de calor 31. El agua 33 es calentada por el calor recogido por los tubos de transferencia de calor 31 de modo que se pueda obtener un fluido bifase agua-vapor 34 de los tubos de transferencia de calor 31. Con dicho mecanismo, el dispositivo de captación de luz/calor del tipo de canal tiene la ventaja de que no se requiere tecnología sofisticada de captación de luz y la estructura es comparativamente simple.
En la segunda realización se puede usar un dispositivo de captación de calor a baja temperatura incluyendo un dispositivo de captación de luz/calor de tipo Fresnel en lugar del dispositivo de captación de calor a baja temperatura 15 incluyendo el dispositivo de captación de luz/calor del tipo de canal. La figura 7 es un diagrama de principio para explicar la configuración, etc, del dispositivo de captación de luz/calor de tipo Fresnel. Como se representa en la figura 7, en el dispositivo de captación de luz/calor de tipo Fresnel, gran número de espejos de captación de luz planos o ligeramente curvados 35 cuyo ángulos se cambian poco a poco están yuxtapuestos, y un grupo de tubos de transferencia de calor 31 que están formados en forma de panel están dispuestos horizontalmente en una posición varios metros por encima del grupo de espejos de captación de luz 35.
El grupo de espejos de captación de luz 35 concentra la luz solar 7 en el grupo de tubos de transferencia de calor 31, Y el agua 33 que circula en los respectivos tubos de transferencia de calor 31 se calienta de modo que se pueda obtener un fluido bifase agua-vapor 34 de los tubos de transferencia de calor 31. Con tal mecanismo, el dispositivo de captación de luz/calor de tipo Fresnel tiene la ventaja de que la fabricación del dispositivo de captación de luz/calor de tipo Fresnel es más simple y más barata que usar los espejos de captación de luz curvados del tipo de canal 30 y los espejos de captación de luz 35 apenas quedan afectados por la presión del viento.
[Tercera realización]
La figura 8 es un diagrama esquemático de la configuración de un sistema de captación de calor solar SYS3 según una tercera realización de la invención. En la figura 8, el número de referencia 17 designa un termómetro que está dispuesto en una salida de vapor de un dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1; 18, un flujómetro que mide el caudal de un fluido bifase agua-vapor dirigido desde el dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 a un dispositivo de separación de vapor-agua 4; 43, un termómetro que está dispuesto en una entrada de vapor del dispositivo de separación de vapor-agua 4; y 19, un dispositivo aritmético. El resto de la configuración, etc, es el mismo que en la primera realización de modo que no se duplicará su descripción.
En la tercera realización, la temperatura del vapor se mide con el termómetro 17 dispuesto en la salida del dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1. El caudal del vapor lo mide el flujómetro 18. El dispositivo aritmético 19 controla el grado de abertura de una válvula de suministro de agua 3 para regular el caudal de agua suministrada al dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 de modo que los datos respectivos de medición del termómetro 17 y el flujómetro 18 puedan ser iguales a valores predeterminados. Específicamente, el caudal del agua suministrada al dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 se regula de modo que la temperatura del vapor en la salida del dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 no pueda ser superior a 300'C. Así, la cantidad del vapor generado por el dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 se puede optimizar según la cantidad de captación de calor. A propósito, el termómetro 43 dispuesto en la entrada de vapor del dispositivo de separación de vapor-agua 4 puede ser usado en lugar del termómetro 17 dispuesto en la salida de vapor del dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 de modo que el termómetro 43 y el flujómetro 18 puedan ser usados para controlar la válvula de suministro de agua 3.
[Cuarta realización]
La figura 9 es un diagrama esquemático de la configuración de un sistema de captación de calor solar SYS4 según una cuarta realización de la invención. En la figura 9, el número de referencia 20 designa un termómetro que está dispuesto en una salida de vapor de un dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1; 21, un flujómetro que mide el caudal de un fluido bifase agua-vapor dirigido desde el dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 a un dispositivo de separación de vapor-agua 4; 44, un termómetro que está dispuesto en una entrada de vapor del dispositivo de separación de vapor-agua 4; y 22, un dispositivo aritmético. El resto de la configuración, etc, es el mismo que en la primera realización de modo que no se duplicará su descripción.
En la cuarta realización, la temperatura del vapor la mide el termómetro 20 dispuesto en la salida del dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1. El caudal del vapor lo mide el flujómetro 21. El dispositivo aritmético 22 regula una cantidad de captación de calor del dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 de modo que los datos de medición respectivos del termómetro 20 y el flujómetro 21 puedan ser iguales a valores predeterminados. Específicamente, la cantidad de captación de calor del dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 se regula de modo que la temperatura del vapor en la salida del dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 no pueda ser superior a 300'C. Así, la cantidad del vapor generado por el dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 se puede optimizar según el caudal de agua suministrada. A propósito, el termómetro 44 dispuesto en la entrada de vapor del dispositivo de separación de vapor-agua 4 puede ser usado en lugar del termómetro 20 dispuesto en la salida de vapor del dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 de modo que el termómetro 44 y el flujómetro 21 puedan ser usados para controlar la cantidad de captación de calor del dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1.
Además, por el control realizado en la cuarta realización diferente del de la primera realización, la temperatura del metal de un dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 se puede mantener de manera que no sea más alta que una temperatura umbral Tc. El control se describirá a continuación con detalle con referencia a las figuras 10. A propósito, en la cuarta realización, la temperatura umbral Tc de la temperatura del metal
del dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 se pone a 600'C a 660'C.
Además, en cada una de las figuras 10(d), (f) Y (g), la línea continua designa cambio en el caso en el que se usa el sistema de captación de calor solar SYS4 según la cuarta realización de la invención, y la línea de dos puntos y trazo designa cambio en el caso en el que se usa el sistema de captación de calor solar según los antecedentes de la invención.
En el sistema de captación de calor solar SYS4, el dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 se pone en marcha para iniciar la captación de luz tan pronto como la cantidad de radiación solar comienza a aumentar (instante de tiempo t1), como se representa en la figura 10(a). Entonces, la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 comienza a aumentar, como se representa en la figura 1 O(b). Además, cuando se pone en marcha el dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1, el agua que circula en el dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 se calienta gradualmente y la temperatura del fluido en la entrada del dispositivo de separación de vapor-agua 4 aumenta. En esta ocasión, el dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 todavía no se ha puesto en marcha. Consiguientemente, la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 apenas aumenta (véase el rango desde el instante de tiempo t1 al instante de tiempo t2 en la figura 10(f)).
Cuando la temperatura del fluido en la entrada del dispositivo de separación de vapor-agua 4 llega a una temperatura predeterminada T2 (en el instante de tiempo t2), una parte (N1) de los heliostatos 8 se inclina mirando a un panel de transferencia de calor 27 (parte receptora) del dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5, como se representa en la figura
10(d). Como resultado, una parte de luz solar 7 se aplica como luz reflejada sobre el panel de transferencia de calor 27 del dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5. Así, la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 aumenta gradualmente a partir del instante de tiempo t2 (figura 1 O(f)).
Además, el número de los heliostatos 8 inclinados mirando al panel de transferencia de calor 27 de una torre 9 aumenta gradualmente con el paso del tiempo. Cuando es un instante de tiempo t4 ligeramente posterior a un instante de tiempo t3 en el que la temperatura del fluido en la entrada del dispositivo de separación de vapor-agua 4 (la temperatura medida por el termómetro 44) llega a una temperatura de vapor saturado T3, todos (N2) los heliostatos 8 están inclinados mirando al panel de transferencia de calor 27.
Así, el dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 se pone en marcha más tarde de lo que se pone en marcha el dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1, Y el número de heliostatos 8 también aumenta gradualmente. Consiguientemente, la cantidad de captación de luz del dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 se incrementa gradualmente. Como resultado, la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 se puede incrementar gradualmente a partir del instante de tiempo t2. Además, la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 se puede mantener a la temperatura umbral Tc en el instante de tiempo t4 en el que el vapor saturado separado del dispositivo de separación de vapor-agua 4 es dirigido al dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5.
Aquí, el control de los heliostatos 8 se describirá en detalle con referencia a las figuras 11. La figura 11 (a) es una vista que representa la eficiencia de captación de luz por heliostato con respecto a una distancia X entre la torre y el heliostato. La figura 11 (b) es una vista superior del dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5. Como se representa en la figura 11 (b), gran número de heliostatos 8 están dispuestos alrededor de la torre 9 y divididos en tres zonas, es decir, zona (a), zona (b) y zona (c), secuencialmente en orden ascendente de la distancia a partir de la torre 9. Como se ilustra en el dibujo, una pluralidad de heliostatos 8 están dispuestos en cada una de las zonas.
Como se representa en la figura 11 (a), la eficiencia de captación de luz disminuye a medida que aumenta la distancia de la torre 9 como origen (el valor de la distancia X aumenta). La razón es la siguiente. Cuando aumenta la distancia entre el heliostato 8 y la torre 9, el ángulo de inclinación del heliostato 8 se incrementa con el fin de irradiar el panel de transferencia de calor 27 con luz reflejada, pero una zona de recepción de luz de un espejo disminuye (efecto coseno). A propósito, dicha eficiencia de captación de luz significa una relación de una cantidad de energía incidente en el panel de transferencia de calor 27 que sirve como la parte receptora a una cantidad de energía solar por área de espejo. Cuando la distancia entre la torre 9 y el heliostato 8 es más corta y el ángulo de inclinación del heliostato 8 para irradiar el panel de transferencia de calor 27 con luz reflejada es menor, la zona de recepción de luz es mayor. Consiguientemente, la eficiencia de captación de luz es mayor.
En la realización, la zona de recepción de luz en cada uno de los heliostatos 8 instalados en la zona (a) es grande y la eficiencia de captación de luz es 1,0. Cuando el valor de la distancia X aumenta, la eficiencia de captación de luz disminuye. Es decir, se establece la
relación de zona (a) > zona (b) > zona (c) entre la eficiencia de captación de luz y la zona de
recepción de luz de cada heliostato 8.
En la realización, los heliostatos 8 se ponen en funcionamiento por turno en orden descendente de la distancia de la torre 9. Específicamente, el dispositivo aritmético 13 controla en primer lugar los ángulos de los heliostatos 8 instalados en la zona (c) para reflejar la luz solar 7 hacia el dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 en un tiempo de un instante de tiempo t2 en el que los datos de temperatura medidos por el termómetro 44 llegan a T2. Cuando se completa el control de los heliostatos 8 instalados en la zona (c), el dispositivo aritmético 13 controla entonces los ángulos de los heliostatos 8 instalados en la zona (b). Cuando se completa el control de los heliostatos 8 instalados en la zona (b), el dispositivo aritmético 13 controla los ángulos de los heliostatos 8 instalados en la zona (a). Así, el número de heliostatos 8 se incrementa gradualmente desde el instante de tiempo t2 al instante de tiempo t4, como se representa en la figura 10(d).
A propósito, la figura 10(d) representa un ejemplo en el que los ángulos de los heliostatos 8 son controlados gradualmente en el orden de zona (c), zona (b) y zona (a), y los ángulos de los heliostatos 8 en cada una de las zonas también son controlados gradualmente en orden descendente de la distancia de la torre 9. Por lo tanto, el número de heliostatos 8 aumenta trazando una línea curva desde el instante de tiempo t2 al instante de tiempo t4. A propósito, los ángulos de los heliostatos 8 pueden ser controlados en conjunto según cada zona. En este caso, el número de heliostatos 8 se incrementa gradualmente entre el instante de tiempo t2 y el instante de tiempo t4.
La eficiencia de captación de luz de cada heliostato 8 disminuye cuando el heliostato 8 está más distante de la torre 9. Por lo tanto, cuando los ángulos de los heliostatos 8 son controlados así gradualmente desde la zona a una larga distancia de la torre 9 a la zona a una distancia corta de la torre 9, se puede evitar que la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 se incremente de repente en el estado en el que todavía no ha fluido vapor al dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5. Consiguientemente, es posible regular exactamente la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5. Como resultado, es posible evitar la aparición de rebasamiento de temperatura del vapor en la salida del dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 de modo que es posible evitar el riesgo de daño del panel de transferencia de calor 27.
A propósito, un cambio en la temperatura del vapor producido por la fluctuación de la
cantidad de radiación solar se puede cubrir cuando una válvula de suministro de agua 3 se pone en funcionamiento para aumentar/disminuir la cantidad de agua suministrada. Además, aunque el dispositivo aritmético 13 controla los heliostatos 8 en base a los datos de temperatura medidos por el termómetro (primer detector de temperatura) 44, el dispositivo aritmético 13 puede controlar los heliostatos 8, como se ha descrito anteriormente, en base a los datos de temperatura medidos por el termómetro (segundo detector de temperatura) 20 dispuesto en la salida de vapor del dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1.
[Quinta realización]
La figura 12 es un diagrama esquemático de la configuración de un sistema de captación de calor solar SYS5 según una quinta realización de la invención. En la figura 12, el número de referencia 23 es un medidor del nivel del agua que mide el nivel del agua de un dispositivo de separación de vapor-agua 4; 25, una válvula de control de caudal de circulación que regula un caudal de circulación de agua entre un dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 y el dispositivo de separación de vapor-agua 4; y 24, un dispositivo aritmético. El resto de la configuración, etc, es el mismo que el de la primera realización de modo que no se duplicará su descripción.
En la quinta realización, un caudal o la tasa de circulación de agua suministrada puede ser regulado por una válvula de suministro de agua 3 o la válvula de control de caudal de circulación 25 de modo que el nivel del agua del dispositivo de separación de vapor-agua 4 puede ser igual a un valor predeterminado. Consiguientemente, una cantidad de agua contenida en el dispositivo de captación de calor a baja temperatura 1 se puede mantener constante. Además, según la quinta realización, se puede evitar que fluya agua a un dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 cuando el agua exceda de la capacidad del depósito del dispositivo de separación de vapor-agua 4.
[Sexta realización]
La figura 13 es un diagrama esquemático de la configuración de un sistema de captación de calor solar SYS6 según una sexta realización de la invención. En la figura 13, el número de referencia 26 designa un canal de medio de calentamiento en el que circula un medio de calentamiento; 27, una bomba de circulación de medio de calentamiento que está dispuesta en el medio del canal de medio de calentamiento 26; 28, un dispositivo de captación de luz/calor que está dispuesto en el medio del canal de medio de calentamiento 26 de modo que el calor generado debido a captación de luz solar 7 pueda ser transferido al medio de calentamiento que circula en el canal de medio de calentamiento 26; y 29, un intercambiador de calor, incluyendo un dispositivo de captación de calor a baja temperatura en el que una parte del canal de medio de calentamiento 26 se ha instalado internamente como un intercambiador de calor. El resto de la configuración, etc, es el mismo que en la primera realización de modo que no se duplicará su descripción.
La sexta realización tiene una configuración en la que el calor recogido por el dispositivo de captación de luz/calor 28 es transferido a agua dentro del intercambiador de calor, incluyendo un dispositivo de captación de calor a baja temperatura 29 a través del medio de calentamiento. Consiguientemente, se puede usar un medio de gran capacidad de calor, como aceite o sal fundida, como el medio de calentamiento de modo que se pueda evitar que la temperatura del dispositivo de captación de calor a baja temperatura disminuya cuando se atenúe la cantidad de radiación solar. Así, se puede generar vapor más rápidamente cuando se recupera la cantidad de radiación solar.
[Séptima realización]
La figura 14 es un diagrama esquemático de la configuración de un sistema de captación de calor solar SYS7 según una séptima realización de la invención. En la figura 14, el número de referencia 41 designa un termómetro que está dispuesto en un lado situado hacia abajo de una válvula de vapor 10 Y para medir la temperatura de vapor suministrado a una turbina de vapor no representada; y 42, un dispositivo aritmético. El resto de la configuración, etc, es el mismo que en la primera realización de modo que no se duplicará su descripción.
En la séptima realización, los datos de temperatura medidos por el termómetro 41 son enviados al dispositivo aritmético 42. El dispositivo aritmético 42 abre/cierra una válvula de pulverización 40 en base a los datos de temperatura del termómetro 41 para controlar por ello la cantidad de pulverización. Así, es posible hacer estable la temperatura del vapor suministrado a la turbina de vapor. En particular, la válvula de pulverización 40 está dispuesta en una posición representada en la figura 14 para usar agua suministrada. Consiguientemente, la temperatura de pulverización es estable. Como resultado, la temperatura del vapor se puede mantener más estable en la séptima realización.
Según cada una de las realizaciones de la invención descritas anteriormente, el control se
puede realizar de modo que la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura 5 no puede ser más alta que una temperatura umbral. Consiguientemente, es posible evitar el rebasamiento de la temperatura del vapor en la salida del dispositivo de captación de calor a alta temperatura de modo que es posible reducir el riesgo de daño del panel de transferencia de calor 27 del dispositivo de captación de calor a alta temperatura.
Lista de signos de referencia
1: dispositivo de captación de calor a baja temperatura
4: dispositivo de separación de vapor-agua
5: dispositivo de captación de calor a alta temperatura
7: luz solar
8: heliostato
9: torre
11: flujómetro (detector de caudal)
12: termómetro (detector de temperatura de metal)
13: dispositivo aritmético (dispositivo de control de heliostatos)
15: dispositivo de captación de calor a baja temperatura del tipo de canal (dispositivo de captación de calor a baja temperatura)
20: termómetro (segundo detector de temperatura)
27: panel de transferencia de calor
30: espejo de captación de luz
31: tubo de transferencia de calor
35: espejo de captación de luz
5 40: válvula de pulverización
44: termómetro (primer detector de temperatura) T3: temperatura de vapor saturado
Tc: temperatura umbral

Claims (6)

  1. REIVIN DICACIONES
    1. Un sistema de captación de calor solar incluyendo:
    un dispositivo de captación de calor a baja temperatura que calienta agua suministrada utilizando calor de la luz solar generando por ello vapor;
    un dispositivo de separación de vapor-agua que separa un fluido bifase agua-vapor generado por el dispositivo de captación de calor a baja temperatura a agua y vapor;
    un dispositivo de captación de calor a alta temperatura que calienta el vapor separado por el dispositivo de separación de vapor-agua utilizando calor de luz solar que es reflejado por una pluralidad de heliostatos generando por ello vapor supercalentado; y
    un dispositivo de control de heliostatos que controla los ángulos de la pluralidad de heliostatos de modo que la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura no pueda ser más alta que una temperatura umbral que se pone con el fin de evitar el rebasamiento de la temperatura del vapor en una salida del dispositivo de captación de calor a alta temperatura.
  2. 2. Un sistema de captación de calor solar según la reivindicación 1, incluyendo además:
    un detector de temperatura de metal que detecta la temperatura del metal del dispositivo de captación de calor a alta temperatura; y
    un detector de caudal que detecta un caudal del vapor supercalentado generado por el dispositivo de captación de calor a alta temperatura; donde:
    el dispositivo de control de heliostatos controla los ángulos de la pluralidad de heliostatos en base a datos de temperatura adquiridos por el detector de temperatura de metal y datos de caudal adquiridos por el detector de caudal.
  3. 3. Un sistema de captación de calor solar según la reivindicación 1, incluyendo además:
    un primer detector de temperatura que detecta la temperatura del vapor en una entrada del dispositivo de separación de vapor-agua; donde:
    el dispositivo de control de heliostatos controla los ángulos de la pluralidad de heliostatos de modo que la luz solar pueda ser reflejada hacia el dispositivo de captación de calor a alta temperatura por los heliostatos en cualquier tiempo después de un tiempo cuando el dispositivo de captación de calor a baja temperatura se pone en marcha y antes de que la temperatura detectada por el primer detector de temperatura llegue a una temperatura de vapor saturado.
  4. 4. Un sistema de captación de calor solar según la reivindicación 1, incluyendo además:
    un segundo detector de temperatura que detecta la temperatura del vapor en una salida del dispositivo de captación de calor a baja temperatura; donde:
    el dispositivo de control de heliostatos controla los ángulos de la pluralidad de heliostatos de modo que la luz solar pueda ser reflejada hacia el dispositivo de captación de calor a alta temperatura por los heliostatos en cualquier tiempo después de un tiempo cuando el dispositivo de captación de calor a baja temperatura se pone en marcha y antes de que la temperatura detectada por el segundo detector de temperatura llegue a una temperatura de vapor saturado.
  5. 5. Un sistema de captación de calor solar según la reivindicación 1, donde:
    el dispositivo de captación de calor a baja temperatura incluye un dispositivo de captación de luz/calor del tipo de canal en el que tubos de transferencia de calor están dispuestos encima de superficies circunferenciales interiores curvadas de espejos de captación de luz cada uno de los cuales se extiende a modo de canal de modo que la luz solar pueda ser concentrada en los tubos de transferencia de calor por los espejos de captación de luz para calentar agua que circula en los tubos de transferencia de calor generando por ello vapor, o un dispositivo de captación de luz/calor de tipo Fresnel en el que gran número de espejos de captación de luz sustancialmente planos están yuxtapuestos y tubos de transferencia de calor están dispuestos encima del grupo de espejos de captación de luz de modo que la luz solar pueda ser concentrada en los tubos de transferencia de calor por el grupo de espejos de captación de luz para calentar agua que circula en los tubos de transferencia de calor generando por ello vapor;
    el dispositivo de captación de calor a alta temperatura incluye un dispositivo de captación de luz/calor del tipo de torre en el que un panel de tubos de transferencia de calor está instalado en una torre que tiene una altura predeterminada de modo que la luz solar pueda ser concentrada en el panel de tubos de transferencia de calor por la pluralidad de
    5 heliostatos para calentar agua que circula en el panel de tubos de transferencia de calor generando por ello vapor; y
    el dispositivo de control de heliostatos regula los ángulos de los heliostatos de modo que la luz solar pueda ser concentrada en el panel de tubos de transferencia de calor por los
    10 heliostatos a distancias largas de la torre antes que por los heliostatos a distancias cortas de la torre.
  6. 6. Un sistema de captación de calor solar según la reivindicación 5, donde:
    15 se facilita una válvula de pulverización para pulverizar agua sobre el vapor supercalentado generado por el dispositivo de captación de calor a alta temperatura con el fin de hacer estable la temperatura del vapor supercalentado.
ES201590102A 2013-03-18 2014-03-05 Sistema de captación de calor solar Expired - Fee Related ES2554282B2 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013055282 2013-03-18
JP2013-055282 2013-03-18

Publications (3)

Publication Number Publication Date
ES2554282A2 true ES2554282A2 (es) 2015-12-17
ES2554282R1 ES2554282R1 (es) 2016-01-07
ES2554282B2 ES2554282B2 (es) 2016-09-28

Family

ID=51579948

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
ES201590102A Expired - Fee Related ES2554282B2 (es) 2013-03-18 2014-03-05 Sistema de captación de calor solar

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9903613B2 (es)
JP (1) JP6033405B2 (es)
AU (1) AU2014238823B2 (es)
ES (1) ES2554282B2 (es)
WO (1) WO2014148259A1 (es)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20040033379A (ko) * 2002-10-14 2004-04-28 주식회사 엘지생활건강 액체 세제 조성물
JP2017014971A (ja) * 2015-06-30 2017-01-19 三菱日立パワーシステムズ株式会社 太陽熱発電システム及び太陽熱発電方法
WO2017077766A1 (ja) 2015-11-04 2017-05-11 三菱日立パワーシステムズ株式会社 太陽熱集熱システムおよびその運転方法
CN108917205B (zh) * 2017-03-29 2020-09-11 考克利尔维修工程有限责任公司 用于太阳能接收器的热-机械监测的系统和方法
US11009263B2 (en) * 2019-02-25 2021-05-18 Karl von Kries Systems and methods for altering rotation of a solar rotational manufacturing system
CN112013368B (zh) * 2019-05-30 2025-07-15 北京兆阳光热技术有限公司 一种直接产生稳定过热蒸汽的方法和设备
CN111322770B (zh) * 2020-03-05 2021-02-09 宁夏宝龙新能源科技有限公司 一种新能源太阳能塔式光热转化聚光方法及设备
CA3232106A1 (en) * 2023-03-17 2025-06-25 Maxi-Therme Inc. Heat exchange system and method
EP4575344B1 (en) * 2023-12-21 2026-04-29 John Cockerill Renewables S.A. System and method for improved thermo-mechanical monitoring of a solar receiver

Family Cites Families (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS56155339A (en) * 1980-05-01 1981-12-01 Toshiba Corp Heater using solar heat
US7296410B2 (en) * 2003-12-10 2007-11-20 United Technologies Corporation Solar power system and method for power generation
US20060261591A1 (en) * 2005-05-20 2006-11-23 James Hewitt Customizable board book and kit
US8001960B2 (en) * 2007-11-12 2011-08-23 Brightsource Industries (Israel) Ltd. Method and control system for operating a solar power tower system
JP4463308B2 (ja) * 2008-02-22 2010-05-19 三井造船株式会社 ハイブリッド太陽熱発電装置
WO2009105689A2 (en) * 2008-02-22 2009-08-27 Esolar, Inc. Solar receivers with internal reflections and flux-limiting patterns of reflectivity
US20090260622A1 (en) * 2008-04-16 2009-10-22 Alstom Technology Ltd Solar steam generator having a standby heat supply system
WO2010024891A1 (en) * 2008-08-29 2010-03-04 Werner Extrusion Solutions LLC Solar trough frame, part and method
DE102009025455A1 (de) * 2009-06-15 2011-01-05 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Erzeugung von überhitztem Dampf an einem solarthermischen Kraftwerk und solarthermisches Kraftwerk
JP2011047364A (ja) 2009-08-28 2011-03-10 Toshiba Corp 蒸気タービン発電設備およびその運転方法
US20120186251A1 (en) * 2009-09-10 2012-07-26 Yeda Research And Development Co. Ltd. Solar power plant
JP2011163594A (ja) * 2010-02-05 2011-08-25 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 太陽熱受熱器の運転制御システムおよび運転制御方法
US9182146B2 (en) * 2010-10-01 2015-11-10 Tokyo Institute Of Technology Cross linear type solar heat collecting apparatus
JP5687043B2 (ja) * 2010-12-13 2015-03-18 株式会社日立製作所 太陽光集熱装置
JP5685485B2 (ja) * 2011-05-13 2015-03-18 日立アプライアンス株式会社 太陽光熱利用蒸気吸収式冷凍機及び太陽光熱利用システム
US20120325314A1 (en) * 2011-06-22 2012-12-27 Palo Alto Research Center Incorporated Solar Power Collection Using High-Focus-Accuracy Mirror Array
US9605662B2 (en) * 2011-06-30 2017-03-28 Mitsubishi Hitachi Power Systems, Ltd. Solar heat boiler and solar heat electric power generation plant
US20130014508A1 (en) * 2011-07-14 2013-01-17 Google Inc. Optimized Heliostat Aiming
WO2013065667A1 (ja) * 2011-10-31 2013-05-10 三菱重工業株式会社 ヘリオスタット制御方法、ヘリオスタット制御装置、集熱設備、太陽熱集熱装置の運転方法、及び太陽熱集熱装置
US8918225B2 (en) * 2012-02-16 2014-12-23 Spyros J. Lazaris Renewable energy-based electricity grid infrastructure and method of grid infrastructure automation and operation
JP5951396B2 (ja) * 2012-07-30 2016-07-13 三菱日立パワーシステムズ株式会社 太陽熱ボイラ用集熱装置及びこれを備えたタワー式太陽熱ボイラ
JP2014047952A (ja) * 2012-08-30 2014-03-17 Babcock-Hitachi Co Ltd 太陽熱集熱システムおよびその運用方法、太陽熱集熱システムを備えた発電プラント

Also Published As

Publication number Publication date
JP6033405B2 (ja) 2016-11-30
ES2554282R1 (es) 2016-01-07
WO2014148259A1 (ja) 2014-09-25
AU2014238823B2 (en) 2016-09-08
ES2554282B2 (es) 2016-09-28
US20160025383A1 (en) 2016-01-28
AU2014238823A1 (en) 2015-10-08
JPWO2014148259A1 (ja) 2017-02-16
US9903613B2 (en) 2018-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2554282B2 (es) Sistema de captación de calor solar
ES2646761T3 (es) Caldera de calor solar y planta de generación de energía eléctrica de calor solar
ES2667853T3 (es) Sistema de generación de energía térmica solar y método de generación de energía térmica solar
ES2689075T3 (es) Sistema de almacenamiento de calor térmico
ES2646926T3 (es) Colector solar para caldera de calor solar, y caldera de calor solar de tipo torre equipada con el mismo
ES2350991B1 (es) Planta de concentracion solar de tecnologia de torre con tiro natural.
ES2681143B2 (es) Sistema de captacion de calor solar y metodo de funcionamiento del mismo
WO2008012390A1 (es) Caldera de energía solar
RU2609811C1 (ru) Установка для получения пресной воды из атмосферного воздуха
ES2345379B1 (es) Planta solar combinada de tecnologia de aire y vapor.
ES2556355T3 (es) Generador solar de vapor que tiene un sistema de suministro de calor de reserva
WO2013079744A1 (es) Configuración de los receptores en plantas de concentración solar de torre
ES2382707A1 (es) Configuración de receptor de torre para altas potencias.
ES2400647B1 (es) Receptor para una instalación termosolar e instalación termosolar que comprende dicho receptor
KR101085592B1 (ko) 태양열교환기
KR100804183B1 (ko) 타워형 태양열 발전기의 리시버 구조
ES2334198A1 (es) Central helio-termica con gestion exergetica del calor.
ES2344287B1 (es) Captador de energia solar termica y fotovoltaica concentrada.
ES2543975B1 (es) Generador-separador de vapor mediante energía solar
ES2407458B1 (es) Método de cogeneración de energía eléctrica y térmica a partir de energía termosolar
ES2434665B2 (es) Central termosolar de concentración con dos fluidos en el receptor y en el almacenamiento
KR20110066303A (ko) 반사태양열저장장치
ES2356549A1 (es) Receptor solar de anchura variable y procedimiento de variación de la anchura.
ES2415005A2 (es) Colector termosolar post-concentrador de alta temperatura.

Legal Events

Date Code Title Description
FG2A Definitive protection

Ref document number: 2554282

Country of ref document: ES

Kind code of ref document: B2

Effective date: 20160928

PC2A Transfer of patent

Owner name: MITSUBISHI POWER, LTD.

Effective date: 20210412

FD2A Announcement of lapse in spain

Effective date: 20230726