INTRODUCCIÓN.
Figura
1.
Dos posibles configuraciones.
La
función principal del sistema HTF es transportar el calor captado por
los concentradores cilindro parabólicos hasta el ciclo agua-vapor, para
que este pueda generar vapor con el que accionar la turbina.
La
razón fundamental por la que se elige el aceite térmico es porque tiene
que circular por el campo solar, si fuera agua, a ese temperatura
tendría que tener una gran presión, lo que encarece todo el sistema, ya
que se deben emplear tuberías más resistentes y bombas más potentes.
El
sistema puede tener almacenamiento en cuyo caso habría que sobre
dimensionar el campo de captadores solares para derivar parte del calor
a los depósitos de sales o sin almacenamiento.
Tabla
1. Parámetros
característicos del sistema HTF.
El
campo de colectores esta formado por una gran cantidad de tuberías
encargadas de transportar el aceite termico a todos los sistemas que
componente el HTF, son tuberías de acero al carbono, recubiertas de
aislante y con una superficie final de chapa galvanizada, parte de las
tuberías están traceadas, las principales características con las que
se puede describir las tuberías del campo solar son las siguientes:
1)
Están
sometidas a fuertes variaciones de temperatura (dilataciones y
tensiones
térmicas).
2)
Circulan
dos tuberías en paralelo, la del fluido frío y la del caliente.
3)
Cada
lazo tiene una conexión a la tubería fría (entrada)
y otra a la
caliente (salida).
4)
Necesita
“liras” para absorber las dilataciones, más o menos unas cada
70 metros.
5)
Necesitan
juntas de dilatación en determinados puntos para absorber
diltataciones.
6)
No
puede ir traceada, por coste, ya que son muchos kilómetros.
7) Para
evitar la congelación es necesario hacer circular el aceite de forma
continua, evitando a
toda costa que
se quede retenido.
8)
Las
uniones no pueden ir con bridas, van con soldaduras para evitar
fugas,
lo que implica mantenimiento.
Figura
2.
Campo de colectores.
El
sistema HTF esta compuesto por los siguientes subsistemas:
-
SISTEMA
DE BOMBEO PRINCIPAL.
El
sistema de bombeo esta compuesto por una serie de grandes bombas
encargadas de hacer circular el aceite térmico por toda la planta, la
potencia de estas bombas suele rondar 1MW, existiendo 6 bombas en las
plantas de 50 MW, de las 5 están trabajando en paralelo y 1 esta de
repuesto, la presión suele ser de 30 bar., las bombas utilizadas suelen
ser de tipo Sulzer de impulsor en voladizo, con doble cierre en un solo
lado y con aspiración horizontal y descarga vertical, también pueden
ser usadas otras de mayor potencia como usando solo 1 o 2 en serie de
2MW por bomba con una presión de entre 15-30 bar., siendo estas bombas
del tipo Novo Pignone, con impulsor con doble apoyo, doble cierre en
ambos lados del impulsor y aspiración vertical, con descarga vertical.
Figura
3.
Sistema de bombeo principal.
-
SISTEMA
DE ULLAGE.
El
sistema de eliminación de residuos o ullage, es el encargado de limpiar
el aceite de los productos derivados de la contaminación por su
oxidación y cracking. Si no se eliminarán supondría la obstrucción de
filtros, el deterioro de bombas y válvulas, la reducción de la
capacidad de intercambio y la disminución del punto de inflamación.
El
sistema de ullage funciona extrayendo un 2% del caudal total de aceite,
este aceite lo calienta hasta que se evapora separando así de
compuestos con punto de ebullición más alto, después de esto es
enfriado para volverlo otra vez líquido, consiguiendo con ello
separarlo de los productos con temperaturas más bajas de licuefacción.
Figura
4.
Sistema de ullage.
-
SISTEMA
ANTI-CONGELACION.
Su
función es la de proporcionar calor al sistema HTF para evitar que
llegue a su temperatura de congelación, este sistema también puede ser
usado para adicionar calor al sistema, aunque no sea específicamente
para evitar la congelación, puede realizar un calientamiento extra del
HTF para generar más energía de la que se corresponde a la radiación
que se está captando, también puede calentar el aceite sin radiación
para general energía con combustible fósil, gas natural.
Para
evitar un uso indebido del gas natural, la cantidad máxima que se puede
consumir está limitada al 12-15%.
La
presión de descarga de las bombas tiene que ser un poco superior a la
presión de las bombas principales de HTF.
Traceado
consiste en un sistema de calentamiento de las tuberías para evitar que
aumente la viscosidad de los aceites y que se puedan solidificar, el
traceado se puede hacer por resistencias eléctricas o por tuberías
encamisadas calentadas por vapor, pero el traceado eléctrico suele ser
el más usado por las siguientes características:
1) Es
fácilmente controlable la temperatura del producto.
2)
Todos
los circuitos de calefacción pueden ser dirigidos de modo
centralizado.
3) Existe
un control continuo, y los gastos de operación son muy bajos.
4)
No
hay partes sujetas a rozamiento y se necesita muy poco
mantenimiento.
5)
Los
cables para calefacción se colocan fácilmente.
-
SISTEMA
DE NITROGENO.
Para
evitar la degradación del aceite por oxidación y cracking en los
tanques, estos son presurizados con nitrogeno con una presión superior
a la de vapor unos 11 bars., de presión relativa.
Los
tanques inertizados con nitrogeno son:
1)
Todos
los tanques del sistema de ullage, excepto el de evaporación
flash.
2)
El
tanque de expansión.
3)
El
tanque de rebose.
Figura
5.
Sistema de nitrógeno.
-
TANQUES
DE EXPANSION.
Es
el encargado de absorber las diferencias de volumen cuando el fluido se
calienta, se encuentra situado en el punto más alto de la planta. Se
debe vigilar el venteo ya que es muy importante al salir el vapor de
agua por ahí, el tanque debe estar intertizado por nitrógeno. Esta
asociado al tanque de rebose y a la
bomba de recirculación desde los tanques de reBose.
-
SISTEMA
DE ALMACENAMIENTO DE SALES (TES).
Es
el encargado de almacenar la energía térmica para ser usada en las
horas de baja o nula radiación solar. Se utilizan sales fundidas porque
para almacenar la misma energía con aceite térmico los tanques serían
mucho más grandes.
Existen
dos tanque, el frío con una temperatura mínima de 292 ºC
para evitar la solidificación de las sales y el caliente a 386 ºC
calentado con el HTF proveniente del campo solar.
Las
combinación de sales más usada es la compuesta en un 60% de nitrato
sódico y un 40 % de nitrato potásico, en las sales no existe un cambio
de fase a las temperaturas de trabajo, tienen un alto coeficiente de
transferencia térmica, entre un 0,6-1,2 MW/m2, y una alta capacidad de
almacenamiento térmico, su punto de fusión está comprendido entre los
220-250
ºC, por lo que necesitan de un traceado
eléctrico.
6.1
Características
del sistema de almacenamiento de sales en una planta de unos 50 MW.
1)
Esta
diseñado para almacenar 1010 MWh.
2)
Se
necesitan unas 28800 toneladas de sales.
3)
La
carga térmica se lleva a cabo en 7,7 horas con un intercambio
térmico
HTF-sales de 131 MW.
4)
La
descarga del almacenamiento para vaciar el tanque caliente en 8,5
horas
con un intercambio térmico de 119 MW.
5)
Se
bombea un caudal de sales del tanque frío al caliente de 935 kg/s
aproximadamente. Y de descarga del caliente de 847 kg/s. Pasando el
HTF
de 287
ºC a 379 ºC.
6)
Los
intercambiadores, válvulas y tuberías disponen de traceado eléctrico
para evitar la congelación de las sales.
7)
Los
tanques disponen de resistencias eléctricas en la zona central y en el
suelo.
8)
En
caso de parada larga hay un sistema de recirculación de sales en el
tanque
frío para evitar su estratificación.
9)
Los
tanques están inertizados con nitrógeno para evitar oxigeno en
contacto
con el HTF en caso de fuga.
10)
El
depósito de drenajes, recoge los drenajes de las tuberías e
intercambiadores
y los devuelve al tanque frío.
Figura
6.
Esquema del sistema de almacenamiento de sales.
6.2
Elementos
que forman el sistema.
1)
Almacenamiento de sales frías.
-
Tanque de almacenamiento de sales frías.
-
Calentadores eléctricos sumergidos en el tanque.
-
Bombas de almacenamiento de sales frías con motores eléctricos y
variadores de velocidad.
2)
Intercambiadores de calor para sales fundidas, el tren de intercambio
esta dispuesto en serie, en sentido desde el tanque frío al caliente,
calentando las sales, el HTF circula por los tubos, mientras que las
sales fundidas circulan por la caracasa, las tuberías llevan traceado
eléctrico para evitar la congelación de las sales.
Figura
7.
Intercambiadores de calor.
3)
Almacenamiento de sales calientes.
-
Tanque de almacenamiento de sales calientes.
-
Calentadores eléctricos sumergidos en el tanque.
-
Bombas de almacenamiento de sales calientes con motores eléctricos y
variadores de velocidad.
4)
Sistema de drenajes.
-
Recipiente de drenaje, para vaciar las tuberías y los intercambiadores,
es de unos 30
m3, situado a 2 metros
por debajo del nivel del suelo, su función es recoger los drenajes de
las tuberías y de los intercambiadores, posee traceado para evitar que
solidifiquen.
-
Bomba de drenaje para devolver las sales al tanque de sales frías.
-
Posee un sistema de detección de fugas y condensados de HTF. Lo
detecta, separa el HTF del circuito de sales e identifica el punto
exacto de la fuga.
-
CALDERA
AUXILIAR.
Es
la encargada de mantener la temperatura del aceite en los valores
correctos para que el sistema siga funcionando cuando por cualquier
circunstancia los captadores no suministran suficiente energía. Se
suele alimentar de gas natural.
