WO2020132771A1

WO2020132771A1 - Sistema para la generación de energía eléctrica, que comprende: al menos un compresor; al menos dos recipientes de alta presión; al menos dos depósitos solares; al menos una turbina, para generar energía eléctrica; un conjunto de válvulas; al menos una fuente de calor; y al menos dos intercambiadores de calor; y método asociado

Info

Publication number: WO2020132771A1
Application number: PCT/CL2019/050153
Authority: WO
Inventors: David ALIAGA; Christian Romero
Original assignee: Universidad Tecnica Federico Santa Maria
Priority date: 2018-12-28
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2020-07-02
Also published as: CL2021001701A1; PE20211256A1

Abstract

Un sistema (1) para la generación de energía eléctrica, que comprende: al menos un compresor (10), que entrega un flujo de fluido de trabajo con una presión mayor a la atmosférica; al menos dos recipientes de alta presión (20a, 20b), que almacenan el fluido de trabajo entregado por el compresor (10); al menos dos depósitos solares (30a, 30b), que reciben el fluido de trabajo desde los recipientes de alta presión (20a, 20b); al menos una turbina (40), que recibe un flujo de fluido de trabajo desde los depósitos solares (20a, 20b) para generar energía eléctrica; un conjunto de válvulas (50, 51, 52, 53, 54, 55, 56), dispuestas para el control del flujo de fluido de trabajo desde el al menos un compresor (10) y hacia la al menos una turbina (40), controlando la entrada y salida de fluido de trabajo en los respectivos recipientes de alta presión (20a, 20b) y depósitos solares (30a, 30b); en donde el sistema además comprende: al menos una fuente de calor que entrega energía calórica a los depósitos solares (30a, 30b); y al menos dos intercambiadores de calor (32a, 32b), dispuestos en cada uno de los depósitos solares (30a, 30b) respectivamente, para trasmitir la energía calórica hacia el interior de dichos depósitos (30a, 30b) para aumentar la presión y temperatura del fluido de trabajo contenido en ellos. Un método para la generación de energía eléctrica.

Description

SISTEMA PARA LA GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA, QUE COMPRENDE: AL MENOS UN COMPRESOR; AL MENOS DOS RECIPIENTES DE ALTA PRESIÓN; AL MENOS DOS DEPÓSITOS SOLARES; AL MENOS UNA TURBINA, PARA GENERAR ENERGÍA ELÉCTRICA; UN CONJUNTO DE VÁLVULAS; AL MENOS UNA FUENTE DE CALOR; Y AL MENOS DOS INTERCAMBIADORES DE CALOR; Y MÉTODO ASOCIADO

MEMORIA DESCRIPTIVA

[0001] La presente invención se refiere a un sistema o planta de generación de energía eléctrica, con apoyo de energía solar durante el proceso de generación, el cual posee un depósito calentado mediante la energía solar, para generar un fluido de trabajo caliente presurizado, por ejemplo, aire, en una configuración de generación de energía de ciclo múltiple.

[0002] Este nuevo sistema permite, entre otras cosas, la no utilización de agua durante el proceso de generación de electricidad, lo cual es una contribución hacia un medio de generación amigable con el medio ambiente. Además, el sistema funciona sin la necesidad de utilizar algún tipo de combustible, lo cual es un aporte a la descontaminación que generalmente producen este tipo de plantas.

[0003] El sistema de la invención comprende esencialmente al menos un compresor, que entrega un flujo de fluido de trabajo con una presión mayor a la atmosférica; al menos dos recipientes de alta presión, que almacenan el fluido de trabajo entregado por el compresor; al menos dos depósitos solares, que reciben el fluido de trabajo desde los recipientes de alta presión; al menos una turbina, que recibe un flujo de fluido de trabajo desde los depósitos solares para generar energía eléctrica; un conjunto de válvulas, dispuestas para el control del flujo de fluido de trabajo desde el al menos un compresor y hacia la al menos una turbina, controlando la entrada y salida de fluido de trabajo en los respectivos recipientes de alta presión y depósitos solares. El sistema además comprende al menos una fuente de calor que entrega energía calórica a cada depósito, preferentemente de un origen sustentable y amigable con el medio ambiente, por ejemplo, dicha fuente de calor puede estar formada por al menos un campo de helio statos que refleja los rayos solares, concentrándolos en unas áreas de concentración de los depósitos solares. Además, el sistema comprende al menos dos intercambiadores de calor, dispuestos en cada uno de los depósitos solares respectivamente, para trasmitir la energía calórica, por ejemplo, la radiación concentrada en las áreas de concentración de cada depósito, hacia el interior de dichos depósitos solares, para aumentar la presión y la temperatura del aire contenido en ellos.

[0004] De manera preferente, los depósitos del sistema poseen una configuración en paralelo, lo cual permite mantener un flujo de aire continuo hacia al menos una turbina y, por lo tanto, manteniendo una generación de energía eléctrica constante, permitiendo resolver cualquier inconveniente que pueda presentar alguno de los depósitos o manteniendo una operación constante con depósitos solares de tamaño reducido, operando cada depósito en forma alternada.

[0005] Además, la invención comprende un método para la generación de energía eléctrica, a partir del sistema descrito anteriormente.

ANTECEDENTES

[0006] En la actualidad existe un interés cada vez mayor por construir sistemas o plantas de generación de energía eléctrica que contribuyan al cuidado del medio ambiente, pero sin dejar de lado la eficiencia en la generación y sin aumentar en demasía los costos de construcción y funcionamiento, lo cual suele ser un problema difícil de abordar. Además, otra problemática en este tipo de sistemas es el poder contar con una generación de electricidad constante, evitando las detenciones, ya sea por mantención o fallas, lo cual conlleva en la actualidad a pagar cuantiosas multas a las empresas de generación que no den cumplimiento a dicha condición.

[0007] En este contexto, las soluciones actualmente utilizadas apuntan a intentar resolver algunas de estas problemáticas, como sistemas fotovoltaicos o sistemas de colectores solares. Si bien estos sistemas contribuyen a la disminución de contaminación y a la no utilización de agua en sus procesos, aún son sistemas muy costosos de implementar, en donde además se requiere de un gran espacio para su instalación, no haciéndolos viables en lugares que no cuenten con una gran superficie plana. Además, estos sistemas por lo general no son de funcionamiento continuo, dado que dependen exclusivamente de la radiación solar, y en los casos en que los sistemas cuenten con algún dispositivo almacenador de calor, tales como depósitos de sales, estos encarecen en demasía la construcción de la planta, haciéndolos poco competitivos.

[0008] En el ámbito de las patentes existen soluciones que apuntan a proveer sistemas especiales de almacenamiento de calor para plantas de energía solar concentrada. Por ejemplo, la solicitud internacional W02015011438A1 describe un aparato de almacenamiento térmico para almacenar y devolver energía térmica a un fluido de transferencia de calor que pasa a través del aparato. El aparato comprende dos o más depósitos térmicos conectados en paralelo entre sí, comprendiendo cada uno medios de almacenamiento térmico permeables a fluidos dispuestos en una cámara para transferir energía térmica hacia o desde el fluido, y controladores de flujo para alterar selectivamente la trayectoria de flujo del fluido a través del aparato. El aparato es operable en diferentes modos de flujo, en donde en al menos un modo de flujo el aparato es operable en fases alternativas de carga y descarga a medida que cambia la naturaleza del fluido de transferencia de calor entrante, y al menos un depósito se configura selectivamente para realizar la carga mientras que al menos otro depósito se configura selectivamente para realizar la descarga, minimizando así la conmutación de esos depósitos individuales entre la carga y la descarga. Tal disposición es útil cuando el aparato se somete a sucesivos ciclos de carga o descarga. En este sentido, en la presente invención los depósitos solares operan unidireccionalmente y no contemplan fluido almacenador de calor. Además, los depósitos solares propuestos se mantienen a una cierta temperatura, en donde el aire, proveniente de los recipientes de alta presión, recibe por convección forzada el calor, lo que adicionalmente provoca una elevación en la presión del aire. Los depósitos solares de la presente invención funcionan de manera independiente, en donde la función de intercambio de calor de uno no depende del otro. En el documento W02015011438A1 se describe un sistema almacenador de calor que depende del paralelismo para entregar y almacenar el calor, entregando la flexibilidad para atender la intermitencia de los sistemas de energía a los que esta acoplado. El paralelismo de la presente invención se centra en entregar aire a la turbina de forma continua, y se relaciona con el tamaño de los estanques, ya que también podría realizarse una planta con un solo depósito solar. Además, dicho documento busca calentar un fluido de almacenamiento de calor, fluido usualmente intermedio que se usa para entregar calor a un sistema, mientras que la presente solicitud busca calentar un fluido de trabajo, es decir, el mismo fluido que se usa para la generación de energía eléctrica.

[0009] Otro ejemplo es el divulgado en la solicitud internacional W02008108870, que describe un método para almacenar calor de un colector solar en plantas de concentración de energía solar y suministrar el calor a la planta de energía cuando sea necesario. El método utiliza un gas comprimido como dióxido de carbono o aire como medio de transferencia de calor en los colectores. Se define un sistema de almacenamiento diseñado para permitir que el calor se recupere con una alta eficiencia prácticamente sin reducción de temperatura, dicho sistema comprendiendo uno o más estanques de almacenamiento de calor. En este caso, dicho documento habla de usar gas comprimido como fluido almacenador de calor o de intercambio de calor en sistemas de concentración solar. A diferencia de esto, en la presente invención, el fluido a calentar, por ejemplo, aire, es el fluido de trabajo de la turbina y no un fluido de intercambio o de almacenamiento. Además, el reciclaje de aire mencionado en W02008108870 no se relaciona con la función de paralelismo descrita por la presenta invención.

[0010] Por lo tanto, se hace necesario contar con un sistema para la generación de energía eléctrica capaz de introducir en su funcionamiento a las energías renovables, tales como la radiación solar, para así contribuir con el cuidado del medioambiente, en donde el sistema sea capaz de mantener una generación continua, pero sin encarecer en demasía su fabricación, pudiendo estar dispuesto en zonas de menor tamaño y sin la necesidad de que estas sean completamente planas, tal como ocurre con las zonas utilizadas por los sistemas actuales que hacen uso de energías renovables.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

[0011] La presente invención se refiere a un sistema para la generación de energía eléctrica, que permite la no utilización de agua ni de combustibles fósiles durante el proceso de generación de electricidad, disminuyendo la contaminación ambiental y aportando al ahorro de agua. Además, el sistema mantiene un funcionamiento constante debido a la disposición en paralelo de las líneas de descarga del fluido de trabajo que permite la generación de electricidad.

[0012] De acuerdo con una modalidad preferente de la invención, el sistema para la generación de energía eléctrica comprende:

- al menos un compresor, que entrega un flujo de fluido de trabajo con una presión mayor a la atmosférica;

- al menos dos recipientes de alta presión, que almacenan el fluido de trabajo entregado por el compresor;

- al menos dos depósitos solares, que reciben el fluido de trabajo desde los recipientes de alta presión;

- al menos una turbina, que recibe un flujo de fluido de trabajo desde los depósitos solares para generar energía eléctrica;

- un conjunto de válvulas, dispuestas para el control del flujo de fluido de trabajo desde el al menos un compresor y hacia la al menos una turbina, controlando la entrada y salida de fluido de trabajo en los respectivos recipientes de alta presión y depósitos solares;

en donde el sistema además comprende:

- al menos una fuente de calor que entrega energía calórica a los depósitos solares; y - al menos dos intercambiadores de calor, dispuestos en cada uno de los depósitos solares respectivamente, para trasmitir la energía calórica hacia el interior de dichos depósitos para aumentar la presión y temperatura del fluido de trabajo contenido en ellos.

[0013] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el conjunto de válvulas está formado por al menos siete válvulas, dispuestas de la siguiente forma, respectivamente:

- una primera válvula a la salida del compresor;

- una segunda válvula entre la primera válvula y un primer recipiente de alta presión;

- una tercera válvula entre la primera válvula y un segundo recipiente de alta presión;

- una cuarta válvula entre el primer recipiente de alta presión y un primer depósito solar;

- una quinta válvula entre el segundo recipiente de alta presión y un segundo depósito solar;

- una sexta válvula entre el primer depósito solar y la turbina; y

- una séptima válvula entre el segundo depósito solar y la turbina.

[0014] De acuerdo con otra modalidad de la invención, la al menos una fuente de calor es al menos un campo de heliostatos, que refleja los rayos solares, concentrándolos en unas áreas de concentración de los depósitos solares, en donde la radiación concentrada en las áreas de concentración es transmitida hacia el interior de dichos depósitos a través de los intercambiadores de calor respectivamente.

[0015] De acuerdo con otra modalidad de la invención, la combinación del recipiente de alta presión con el depósito solar, conectado al mismo por una línea de tubería, forma un conjunto de almacenamiento, cuya entrada de fluido de trabajo está conectada a el al menos un compresor y cuya salida de fluido de trabajo está conectada a la al menos una turbina, en donde el sistema comprende tres o más de dichos conjuntos de almacenamiento conectados en paralelo entre sí.

[0016] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el fluido de trabajo es aire.

[0017] De acuerdo con otra modalidad de la invención, los recipientes de alta presión tienen una capacidad en el rango de 0,9 a 2,7 [m ], preferentemente de 1,8 [m ] y los depósitos solares tienen una capacidad en el rango de 13 a 41 [m ], preferentemente de 27 [m ].

[0018] De acuerdo con otra modalidad de la invención, la turbina es una turbina de expansión.

[0019] De acuerdo con otra modalidad de la invención, las válvulas se seleccionan del grupo que comprende válvulas de compuerta y válvulas mariposa.

[0020] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el sistema además comprende una unidad alimentadora, que energiza al compresor, en donde dicha unidad alimentadora se selecciona del grupo que comprende motores, paneles fotovoltaicos y colectores solares; y en donde la unidad alimentadora además comprende unas baterías de respaldo, capaces de almacenar energía desde la unidad alimentadora en caso de que esta se encuentre fuera de operación.

[0021] La presente invención además se refiere a un método para la generación de energía eléctrica, a partir de la utilización del sistema descrito anteriormente, en donde la combinación entre el uso de las válvulas y las condiciones de operación permiten llevar a cabo todas las ventajas mencionadas, en cuanto a disminuir la contaminación ambiental y a mantener una generación de electricidad continua en el tiempo, sin detenciones del sistema.

[0022] De acuerdo con esta modalidad preferente de la invención, el método para la generación de energía eléctrica comprende las siguientes etapas:

a) aumentar la temperatura y presión de un fluido de trabajo al interior de unos depósitos solares hasta una primera condición de temperatura y presión, mediante al menos una fuente de calor e intercambiadores de calor; b) ingresar fluido de trabajo a temperatura y presión ambiente a un compresor;

c) abrir una válvula de entrada al sistema, permitiendo el ingreso de un flujo de fluido de trabajo al sistema desde el compresor, a una presión mayor a la atmosférica determinada por el compresor;

d) abrir unas válvulas que dan acceso a unos recipientes de alta presión;

e) ingresar el fluido de trabajo a los recipientes de alta presión, hasta llenarlos;

f) cerrar la válvula de entrada al sistema y las de acceso a los recipientes de alta presión, dejando de ingresar fluido de trabajo al compresor;

g) abrir una válvula que da acceso a un primer deposito solar de los depósitos solares;

h) descargar el flujo de fluido de trabajo desde un primer recipiente de alta presión de los recipientes de alta presión, ingresando al primer depósito solar, a través de la válvula abierta en la etapa g), hasta que el fluido de trabajo en su interior alcance una segunda condición de temperatura y presión;

i) cerrar la válvula de acceso al primer depósito solar abierta en la etapa g);

j) repetir las etapas b) y e);

k) abrir la válvula que da acceso al primer recipiente de alta presión descargado; l) ingresar el flujo de fluido de trabajo al primer recipiente de alta presión, hasta llenarlo nuevamente;

m) cerrar las válvulas de entrada al sistema y la de acceso al primer recipiente de alta presión, dejando de ingresar fluido de trabajo al compresor;

n) en forma simultánea:

o abrir una válvula que permite la descarga del fluido de trabajo en la segunda condición desde el primer depósito solar hacia una turbina;

o descargar el fluido de trabajo en la segunda condición, almacenado en el primer depósito solar, hacia la turbina, para que produzca energía eléctrica, hasta que el fluido de trabajo al interior del primer depósito solar alcance nuevamente la primera condición de temperatura y presión;

o abrir una válvula que da acceso a un segundo depósito solar de los depósitos solares que se encuentra en una primera condición;

o descargar el fluido de trabajo desde un segundo recipiente de alta presión de los recipientes de alta presión, ingresando al segundo depósito solar hasta que el fluido de trabajo en su interior alcance la segunda condición de temperatura y presión;

o) cerrar las válvulas abiertas en la etapa n);

p) en forma simultánea:

o abrir una válvula que permite la descarga de fluido de trabajo en la segunda condición desde el segundo depósito solar hacia la turbina;

o descargar el fluido de trabajo en la segunda condición, almacenado en el segundo depósito solar, hacia la turbina, para que siga produciendo energía eléctrica de manera continua, hasta que el fluido de trabajo al interior del segundo depósito solar alcance la primera condición de temperatura y presión;

o repetir las etapas b) y e);

o abrir la válvula que da acceso al segundo recipiente de alta presión;

o ingresar el flujo de fluido de trabajo al segundo recipiente de alta presión, hasta llenarlo nuevamente;

o repetir las etapas g) y h);

q) cerrar las válvulas abiertas en la etapa p);

r) en forma simultánea:

o repetir la etapa n);

o repetir las etapas k) y 1); s) cerrar las válvulas abiertas en la etapa r);

t) repetir las etapas p) a s), de manera continuada.

[0023] De acuerdo con otra modalidad de la invención, la etapa a) de aumentar la temperatura y presión del fluido de trabajo además comprende apuntar un campo de heliostatos hacia unas áreas de concentración, dispuestas en los depósitos solares y trasmitir la radiación concentrada por las áreas de concentración a través de los intercambiadores de calor hacia el interior de los depósitos solares.

[0024] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende entregar fluido de trabajo a través del compresor con un caudal en el rango de 6 a 18 [m3/min], preferentemente a 12 [m3/min]; y entregar fluido de trabajo a través del compresor con una presión en el rango de 20 a 60 [bar], preferentemente a 40 [bar].

[0025] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el método además comprende recibir un caudal de fluido de trabajo a través de la turbina en el rango de 2,5 a 7,5 [kg/s], preferentemente a 5 [kg/s] ; recibir fluido de trabajo a través de la turbina con una temperatura en el rango de 25 a 630 [°C], preferentemente a 327 [°C]; y recibir fluido de trabajo a través de la turbina con una presión en el rango de 4 a 12 [bar], preferentemente a 8 [bar].

[0026] De acuerdo con otra modalidad de la invención, la primera condición de temperatura y presión corresponde a 147 [°C] y 2,2 [bar]; y la segunda condición de temperatura y presión corresponde a 327 [°C] y 8 [bar].

[0027] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el ingreso del fluido de trabajo a uno de los recipientes de alta presión, hasta llenarlo, ocurre en un tiempo en el rango de 7,5 a 22,5 [s], preferentemente en 15 [s]. Dicho tiempo corresponde también al tiempo en el que uno de los depósitos solares es descargado hacia la turbina, ya que ello ocurre de manera simultánea al ingreso de fluido a uno de los recipientes de alta presión. Por otra parte, el ingreso del fluido de trabajo a uno de los depósitos solares, hasta llenarlo, ocurre en un tiempo en el rango de 2,5 a 7,5 [s], preferentemente en 5 [s] .

[0028] En vista de lo anterior, existe un tiempo de residencia del fluido de trabajo en cada depósito solar, hasta alcanzar la segunda condición de temperatura y presión dentro de del depósito solar correspondiente. Dicho tiempo de residencia se encuentra en el rango de 5 a 15 [s], preferentemente en 10 [s].

[0029] Por lo tanto, desde el punto de vista de la operación de la turbina, de acuerdo con la modalidad preferente el ciclo completo de operación del sistema comprende dos semiciclos, uno correspondiente a la descarga de un primer depósito solar (carga del primer recipiente de alta presión) y otro correspondiente a la descarga de un segundo depósito solar (carga del segundo recipiente de alta presión), en donde cada semiciclo tiene una duración preferente es de 15 [s], lo que resulta en un ciclo de operación de 30 [s], de acuerdo con la modalidad preferente.

[0030] De acuerdo con otra modalidad de la invención, el fluido de trabajo es aire.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

[0031] Como parte de la presente invención se presenta la siguiente figura representativa de la misma, la que enseña una configuración preferente de la invención y, por lo tanto, no debe considerarse como limitante a la definición de la materia reivindicada.

La figura 1 enseña una vista de la disposición de los componentes del sistema para la generación de energía eléctrica, de acuerdo a una configuración preferente de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UNA MODALIDAD PREFERENTE

[0032] Con mención a la figura que se acompaña, en su configuración preferente, el sistema (1) para la generación de energía eléctrica descrito por la presente invención comprende, de acuerdo a lo que se enseña en la figura 1, un compresor (10), que recibe aire del exterior, a temperatura y presión ambiente, para luego aumentar su presión a una presión determinada. Posteriormente el compresor entrega un flujo de aire de alta presión, el cual hace ingreso al sistema al abrir la válvula (50). Una vez que el flujo de aire de alta presión entra al sistema, este puede dirigirse a uno o ambos recipientes de alta presión (20a, 20b), según los requerimientos del momento, a través de las válvulas (51, 52) respectivamente, lo cual ocurre en un tiempo en el rango de 7,5 a 22,5 [s], preferentemente en 15 [s]. Dichos recipientes (20a, 20b) almacenan el aire de alta presión para que dicha presión entregada por el compresor (10) no disminuya. Una vez que los recipientes de alta presión (20a, 20b) están llenos de aire de alta presión, estos están en condiciones de entregar dicho aire a alguno de los depósitos solares (30a, 30b) respectivamente, según los requerimientos del sistema. Esto se realiza al abrir las válvulas (53, 54), en donde el tiempo que demora el fluido de trabajo en llenar los depósitos solares (30a, 30b) está en el rango de 2,5 a 7,5 [s], preferentemente en 5 [s].

[0033] Cabe destacar, que inicialmente, los depósitos solares (30a, 30b) contienen aire que se encuentra en una primera condición de temperatura y presión, lo cual se logra a partir de uno o más campos de heliostatos (60), los cuales reciben la radiación proveniente del Sol, concentrándola en áreas de concentración (31a, 31b), dispuestas en cada uno de los depósitos solares (30a, 30b) respectivamente. La transferencia de calor desde las áreas de concentración (31a, 31b) hacia el aire al interior de los depósitos solares (30a, 30b) se realiza a través de intercambiadores de calor (32a, 32b), dispuestos en dichos depósitos solares (30a, 30b).

[0034] Una vez que los depósitos solares (30a, 30b) han sido llenados con el aire proveniente de los recipientes de alta presión (20a, 20b), dicho aire comienza a elevar su temperatura y presión, gracias a la radiación concentrada por los campos de heliostatos (60), logrando así que el aire alcance una segunda condición de temperatura y presión. Este tiempo en el cual el aire permanece en cada uno de los depósitos solares (30a, 30b) hasta alcanzar la segunda condición se denomina tiempo de residencia, y se encuentra en el rango de 5 a 15 [s], en donde preferentemente es de 10 [s].

[0035] Una vez que dicha condición de temperatura y presión es alcanzada, el flujo de aire es entregado a la turbina (40) para la generación de energía eléctrica, al abrir las válvulas (55, 56). Cada uno de los depósitos solares (30a, 30b) entrega aire a la turbina (40) hasta que dicho aire alcanza nuevamente la primera condición, luego de lo cual las válvulas (55, 56) deben ser cerradas para que los recipientes de alta presión (20a, 20b) puedan alimentar nuevamente a los depósitos solares (30a, 30b). Este proceso ocurre en un tiempo que está en el rango de 7,5 a 22,5 [s], en donde preferentemente es de 15 [s].

[0036] Para mantener una operación continua de la turbina, la entrega de aire por parte de los depósitos solares (30a, 30b) se realiza de forma intercalada, de manera que, cuando uno de ellos se encuentra entregando aire a la turbina (60), el otro depósito se encuentra siendo cargado nuevamente por alguno de los recipientes de alta presión (20a, 20b).

REFERENCIAS NUMÉRICAS

1 Sistema para la generación de energía eléctrica

10 Compresor

20a, 20b Recipientes de alta presión

30a, 30b Depósitos solares

31a, 31b Áreas de concentración

32a, 32b Intercambiadores de calor

40 Turbina

50, 51, 52, 53, 54, 55, 56 Válvulas

60 Campo de helio statos

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (1) para la generación de energía eléctrica, caracterizado porque comprende:

- al menos un compresor (10), que entrega un flujo de fluido de trabajo con una presión mayor a la atmosférica;

- al menos dos recipientes de alta presión (20a, 20b), que almacenan el fluido de trabajo entregado por el compresor (10);

- al menos dos depósitos solares (30a, 30b), que reciben el fluido de trabajo desde los recipientes de alta presión (20a, 20b);

- al menos una turbina (40), que recibe un flujo de fluido de trabajo desde los depósitos solares (20a, 20b) para generar energía eléctrica;

- un conjunto de válvulas (50, 51, 52, 53, 54, 55, 56), dispuestas para el control del flujo de fluido de trabajo desde el al menos un compresor (10) y hacia la al menos una turbina (40), controlando la entrada y salida de fluido de trabajo en los respectivos recipientes de alta presión (20a, 20b) y depósitos solares (30a, 30b); en donde el sistema además comprende:

- al menos una fuente de calor que entrega energía calórica a los depósitos solares (30a, 30b); y

- al menos dos intercambiadores de calor (32a, 32b), dispuestos en cada uno de los depósitos solares (30a, 30b) respectivamente, para trasmitir la energía calórica hacia el interior de dichos depósitos (30a, 30b) para aumentar la presión y temperatura del fluido de trabajo contenido en ellos.

1

2. El sistema (1) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el conjunto de válvulas está formado por al menos siete válvulas (50, 51, 52, 53, 54, 55, 56), dispuestas de la siguiente forma, respectivamente:

- una primera válvula o válvula de entrada (50) a la salida del compresor (10);

- una segunda válvula (51) entre la primera válvula (50) y un primer recipiente de alta presión (20a);

- una tercera válvula (52) entre la primera válvula (50) y un segundo recipiente de alta presión (20b);

- una cuarta válvula (53) entre el primer recipiente de alta presión (20a) y un primer depósito solar (30a);

- una quinta válvula (54) entre el segundo recipiente de alta presión (20b) y un segundo depósito solar (30b);

- una sexta válvula (55) entre el primer depósito solar (30a) y la turbina (40); y

- una séptima válvula (56) entre el segundo depósito solar (30b) y la turbina (40).

3. El sistema (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la al menos una fuente de calor es al menos un campo de helio statos (60), que refleja los rayos solares, concentrándolos en unas áreas de concentración (31a, 31b) de los depósitos solares (30a, 30b), en donde la radiación concentrada en las áreas de concentración (31a, 31b) es transmitida hacia el interior de dichos depósitos (30a, 30b) a través de los intercambiadores de calor (32a, 32b), respectivamente.

4. El sistema (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la combinación del recipiente de alta presión con el depósito solar, conectado al mismo por una línea de tubería, forma un conjunto de almacenamiento, cuya entrada de fluido de trabajo está conectada a el al menos un compresor (10) y cuya salida de

2 fluido de trabajo está conectada a la al menos una turbina (40), en donde el sistema comprende tres o más de dichos conjuntos de almacenamiento conectados en paralelo entre sí.

5. El sistema (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el fluido de trabajo es aire.

6. El sistema (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los recipientes de alta presión (20a, 20b) tienen una capacidad en el rango de 0,9 a 2,7 [m 3 ], preferentemente de 1,8 [m 3 ].

7. El sistema (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los depósitos solares (30a, 30b) tienen una capacidad en el rango de 13 a 41

[m 3 ], preferentemente de 27 [m 3 ].

8. El sistema (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la turbina (40) es una turbina de expansión.

9. El sistema (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las válvulas (50, 51, 52, 53, 54, 55, 56) se seleccionan del grupo que comprende válvulas de compuerta y válvulas mariposa.

10. El sistema (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque además comprende una unidad alimentadora, que energiza al compresor

(10).

3

11. El sistema (1) de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizado porque la unidad alimentadora se selecciona del grupo que comprende motores, paneles fotovoltaicos y colectores solares.

12. El sistema (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 y 11, caracterizado porque la unidad alimentadora además comprende unas baterías de respaldo, capaces de almacenar energía desde la unidad alimentadora en caso de que esta se encuentre fuera de operación.

13. Un método para la generación de energía eléctrica, caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

a) aumentar la temperatura y presión de un fluido de trabajo al interior de unos depósitos solares (30a, 30b) hasta una primera condición de temperatura y presión, mediante al menos una fuente de calor e intercambiadores de calor (32a, 32b);

b) ingresar fluido de trabajo a temperatura y presión ambiente a un compresor (10); c) abrir una válvula de entrada al sistema (50), permitiendo el ingreso de un flujo de fluido de trabajo al sistema (1) desde el compresor (10), a una presión mayor a la atmosférica determinada por el compresor (10);

d) abrir unas válvulas (51, 52) que dan acceso a unos recipientes de alta presión (20a, 20b);

e) ingresar el fluido de trabajo a los recipientes de alta presión (20a, 20b), hasta llenarlos;

f) cerrar la válvula de entrada al sistema (50) y las válvulas (51, 52) de acceso a los recipientes de alta presión (20a, 20b), dejando de ingresar fluido de trabajo al compresor (10);

4 g) abrir una válvula (53) que da acceso a un primer depósito solar (30a) de los depósitos solares (30a, 30b);

h) descargar el flujo de fluido de trabajo desde un primer recipiente de alta presión (20a) de los recipientes de alta presión (20a, 20b), ingresando al primer depósito solar (30a), a través de la válvula abierta en la etapa g), hasta que el fluido de trabajo en su interior alcance una segunda condición de temperatura y presión; i) cerrar la válvula (53) de acceso al primer depósito solar (30a) abierta en la etapa g);

j) repetir la etapa b) y e);

k) abrir la válvula (51) que da acceso al primer recipiente de alta presión (30a) descargado;

l) ingresar el flujo de fluido de trabajo al primer recipiente de alta presión (30a), hasta llenarlo nuevamente;

m) cerrar la válvula de entrada al sistema (50) y la válvula (51) que da acceso al primer recipiente de alta presión (20a), dejando de ingresar fluido de trabajo al compresor (10);

n) en forma simultánea:

o abrir una válvula (55) que permite la descarga del fluido de trabajo en la segunda condición desde el primer depósito solar (30a) hacia una turbina (40);

o descargar el fluido de trabajo en la segunda condición, almacenado en el primer depósito solar (30a) cargado, hacia la turbina (40), para que produzca energía eléctrica, hasta que el fluido de trabajo al interior del primer depósito solar (30a) alcance nuevamente la primera condición de temperatura y presión;

5 o abrir una válvula (54) que da acceso a un segundo depósito solar (30b) de los depósitos solares (30a, 30b) que se encuentra en una primera condición de temperatura y presión;

o descargar el fluido de trabajo desde un segundo recipiente de alta presión (20b) de los recipientes de alta presión (20a, 20b), ingresando al segundo depósito solar (30b) hasta que el fluido de trabajo en su interior alcance la segunda condición de temperatura y presión;

o) cerrar las válvulas (54, 55) abiertas en la etapa n);

p) en forma simultánea;

o abrir una válvula (56) que permite la descarga de fluido de trabajo en la segunda condición desde el segundo depósito solar (30b) hacia la turbina (40);

o descargar el fluido de trabajo en la segunda condición, almacenado en el segundo depósito solar (30b), hacia la turbina (40), para que siga produciendo energía eléctrica de manera continua, hasta que el fluido de trabajo al interior del segundo depósito solar (30b) alcance la primera condición de temperatura y presión;

o repetir las etapas b) y e);

o abrir la válvula (52) que da acceso al segundo recipiente de alta presión (20b);

o ingresar el flujo de fluido de trabajo al segundo recipiente de alta presión (20b), hasta llenarlo nuevamente;

o repetir las etapas g) y h);

q) cerrar las válvulas (52, 53, 56) abiertas en la etapa p);

r) en forma simultánea:

o repetir la etapa n);

6 o repetir las etapas k) y 1);

s) cerrar las válvulas (51, 54, 55) abiertas en la etapa r);

t) repetir las etapas p) a s), de manera continuada.

14. El método de acuerdo con la reivindicación 13, caracterizado porque la etapa a) de aumentar la temperatura y presión del fluido de trabajo además comprende apuntar un campo de heliostatos (60) hacia unas áreas de concentración (31a, 31b), dispuestas en los depósitos solares (30a, 30b) y trasmitir la radiación concentrada por las áreas de concentración (31a, 31b) a través de los intercambiadores de calor (32a, 32b) hacia el interior de los depósitos solares (30a,

30b).

15. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13 y 14, caracterizado porque además comprende entregar fluido de trabajo a través del compresor (10) con un caudal en el rango de 6 a 18 [m 3 / min], preferentemente a 12 [m 3 /min].

16. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado porque además comprende entregar fluido de trabajo a través del compresor (10) con una presión en el rango de 20 a 60 [bar], preferentemente a 40 [bar].

17. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, caracterizado porque además comprende recibir un caudal de fluido de trabajo a través de la turbina (40) en el rango de 2,5 a 7,5 [kg/s], preferentemente a 5 [kg/s].

18. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 17, caracterizado porque además comprende recibir fluido de trabajo a través de la turbina (40) con una temperatura en el rango de 25 a 630 [°C], preferentemente a 327 [°C].

7

19. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 18, caracterizado porque además comprende recibir fluido de trabajo a través de la turbina (40) con una presión en el rango de 4 a 12 [bar], preferentemente a 8 [bar].

20. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 19, caracterizado porque la primera condición de temperatura y presión corresponde a 147 [°C] y 2,2 [bar].

21. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 20, caracterizado porque la segunda condición de temperatura y presión corresponde a 327 [°C] y 8 [bar].

22. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 21, caracterizado porque el ingreso del fluido de trabajo a los recipientes de alta presión (20a, 20b), hasta llenarlos, ocurre en un tiempo en el rango de 7,5 a 22,5 [s], preferentemente en 15 [s].

23. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 22, caracterizado porque el ingreso del fluido de trabajo a los depósitos solares (30a, 30b), hasta llenarlos, ocurre en un tiempo en el rango de 2,5 a 7,5 [s], preferentemente en 5 [s].

24. El método de acuerdo con la reivindicación 23, caracterizado porque el tiempo de residencia del fluido de trabajo en los depósitos solares (30a, 30b), hasta alcanzar la segunda condición de temperatura y presión, ocurre en un tiempo en el rango de 5 a 15 [s], preferentemente en 10 [s].

8

25. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 24, caracterizado porque además comprende descargar el fluido de trabajo almacenado en los depósitos solares (30a, 30b) hacia la turbina (40) en un tiempo en el rango de 7,5 a 22,5 [s], preferentemente en 15 [s] .

26. El método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 13 a 25, caracterizado porque el fluido de trabajo es aire.

9