Sistema HTF
- SISTEMA DE BOMBEO PRINCIPAL.
- SISTEMA DE ULLAGE.
- SISTEMA ANTI-CONGELACIÓN.
- SISTEMA DE NITRÓGENO.
- TANQUES DE EXPANSIÓN.
- SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE SALES
(TES).
- CALDERA AUXILIAR.
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 esa 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 está formado por una gran cantidad de tuberías encargadas de
transportar el aceite térmico 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:
- Están sometidas a fuertes
variaciones de temperatura (dilataciones y tensiones térmicas).
- Circulan dos tuberías en paralelo,
la del fluido frío y la del caliente.
- Cada lazo tiene una conexión a la
tubería fría (entrada) y otra a la caliente (salida).
- Necesita “liras” para absorber las
dilataciones, más o menos unas cada 70 metros.
- Necesitan juntas de dilatación en
determinados puntos para absorber dilataciones.
- No puede ir traceada, por coste, ya
que son muchos kilómetros.
- Para evitar la congelación es
necesario hacer circular el aceite de forma continua, evitando a toda
costa que se quede retenido.
- 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 está 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 calentamiento 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 nitrógeno con una presión superior a la de vapor unos 11 bares.,
de presión relativa.
Los tanques
inertizados con nitrógeno 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. Está asociado al
tanque de rebose y a la bomba de recirculación desde los tanques de
revose.
-
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.
- Está diseñado para almacenar 1010
MWh.
- Se necesitan unas 28800 toneladas de
sales.
- La carga térmica se lleva a cabo en
7,7 horas con un intercambio térmico HTF-sales de 131 MW.
- La descarga del almacenamiento para
vaciar el tanque caliente en 8,5 horas con un intercambio térmico de 119 MW.
- 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.
- Los intercambiadores, válvulas y
tuberías disponen de traceado eléctrico para evitar la congelación de las sales.
- Los tanques disponen de resistencias
eléctricas en la zona central y en el suelo.
- En caso de parada larga hay un
sistema de recirculación de sales en el tanque frío para evitar su
estratificación.
- Los tanques están inertizados con
nitrógeno para evitar oxigeno en contacto con el HTF en caso de fuga.
- 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 está 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 carcasa, 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.
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