MX2011000106A - Central electrica con multiples fuentes termicas. - Google Patents

Abstract

De acuerdo con la presente invención, se provee un método para operar una central eléctrica con múltiples fuentes térmicas que utiliza un fluido como fuente térmica con baja-media temperatura, en donde la central eléctrica con múltiples fuentes térmicas incluye una turbina o equipo de expansión que trabaja con un fluido motor orgánico, que comprende el precalentamiento del fluido motor orgánico que usa el fluido de la fuente térmica de baja-media temperatura y además provee más calor desde una fuente térmica adicional para vaporizar el fluido motor que se suministra a la turbina o equipo de expansión. Además, en una modalidad de la presente invención, la presente invención proporciona un dispositivo que comprende un intercambiador de calor adecuado para el precalentamiento de un fluido motor orgánico con un fluido geotérmico de baja-media temperatura, y los medios de captación de energía solar adecuados para proporcionar calor directa o indirectamente al fluido motor orgánico precalentado para calentar o vaporizar el fluido motor.

Description

CENTRAL ELECTRICA CON MULTIPLES FUENTES TERMICAS Campo de la Invención La presente invención se relaciona con el uso más eficiente de fluidos como fuente de calor sensible con temperatura media-baja en conjunto con fuentes térmicas con temperaturas relativamente altas. Más en particular, la invención se relaciona con un método y sistema novedosos para usar fluidos y/o líquidos geotérmicos con temperaturas bajas y medias desde pozos geotérmicos o alternativamente corrientes térmicas industriales sin uso al hacer uso de estas fuentes junto con la energía solar.

Antecedentes de la Invención La explotación económica de fuentes térmicas sin combustibles fósiles y sin fuentes nucleares para la generación de energía depende de la cantidad del calor disponible, su temperatura y el tamaño de la central eléctrica que puede justificar sus costos de erección así como también sus costos de operación. Con relación a esto, entre menor sea la temperatura de la fuente de energía, mayor será la carga térmica (y por consiguiente mayores serán los intercambiadores de calor) requeridos para un a salida de energía dada. Como consecuencia, el costo de la central eléctrica por kW será mayor. En el caso de la energía Ref.216766 geotérmica por ejemplo, los campos geotérmicos que comprenden pozos que producen fluido geotérmico de baja temperatura no pueden ser explotados eficiente y económicamente para operar las centrales eléctricas, ya que entre menor sea la entalpia del fluido, más costosa se volverá la central eléctrica para una capacidad dada. Debido a esto, los pozos geotérmicos cuyos costos de perforación son sustanciales generalmente no se explotan con estos fluidos geotérmicos: Además, la temperatura del fluido geotérmico producido por la operación de los pozos geotérmicos puede caer después de algunos años de operación originando una reducción del rendimiento de la central eléctrica geotérmica así como también su posible disminución de la utilidad eléctrica.

La mayoría de las fuentes térmicas con temperatura baja están en forma de calor sensible el cual se utiliza con mayor eficiencia para el calentamiento previo en las centrales eléctricas con ciclo Rankine . Su uso para vaporizar el fluido motor a temperatura constante en el ciclo de energía no es efectivo (véase la Fig. 1) . Con respecto a esto, los fluidos orgánicos requieren menor calentamiento previo que el agua/vapor y de esta forma utilizar con mayor efectividad el calor sensible.

Como consecuencia a esto, no pueden utilizarse efectivamente fluidos con fuentes térmicas de baja temperatura.

En lo que respecta a las centrales eléctricas están relacionados, su costo depende en gran medida de su costo del colector solar o el tamaño del colector solar por k . Además, a fin de que las centrales eléctricas solares proporcionen energía continua, necesitan usar almacenamiento costoso (que requiere de captadores solares de calentamiento líquido adicionales) y/o combustible fósil.

Algunos métodos se han vislumbrado hasta ahora para explotar la baja carga térmica y así la baja introducción desde las fuentes geotérmicas en una forma más eficiente. Las patentes US 4,578,953 y 4,700,543, las revelaciones de estas se incorporan en la presente como referencia, de Krieger, y Moritz describe una pluralidad de centrales eléctricas independientes con ciclo Rankine cerrado, cada una de estas tiene un vaporizador, operado al aplicar en serie un medio o fluido de la fuente de temperatura media o baja a los vaporizadores de las centrales eléctricas para producir fluidos con fuente térmica agotada. Se proporciona un precalentador a cada vaporizador; y se aplica el fluido de la fuente térmica agotada a todos los precalentadores en paralelo. El fluido de la fuente térmica agotada sirve de esta forma para calentar el fluido de operación a la temperatura de evaporación, mientras el fluido de la fuente térmica aplicado a los vaporizares suministra del calor latente de vaporización al fluido de operación de la central eléctrica .

Se han hecho intentos en el pasado por combinar la energía geotérmica y solar pero sin enfocar el problema de optimización de las características específicas de las respectivas fuentes térmicas. Por ejemplo, el documento US 3,950,949 revela un método de operación de una máquina con ciclo de vapor en donde un fluido evaporable se hace circular en un circuito cerrado a través de una primera fuente térmica, una segunda fuente térmica, una máquina de expansión de vapor, un condensador, y de regreso a la primera fuente térmica. El método de operación comprende los pasos del calentamiento del fluido en la primera fuente térmica con una temperatura relativamente baja para vaporizar al menos la principal porción del fluido, sobrecalentar el fluido en una segunda fuente térmica a una temperatura T, proveer el fluido a la máquina de expansión de vapor para producir energía y después expulsar el fluido expandido desde la máquina a una temperatura T2 que es mayor que a la temperatura t . Esta patente describe la combinación del calor geotérmico y el calor solar en una forma que no es eficiente, ya que el propósito es el sobrecalentamiento del fluido en circulación. Actualmente, no se ha hecho ninguna aplicación práctica de este método.

Otro intento por integrar la energía geotérmica y solar se describe en el documento US 4,099,381 donde el transporte de energía y el sistema de conversión se provee para conducir la energía geotérmica sobre amplias distancias evitando la pérdida de calor al usar la energía solar a fin de permitir la conversión eficiente de energía geotérmica en una estación central de energía térmica. Sin embargo, el sistema descrito en esta patente no es práctico y es costoso y, además, se diseñó para prevenir la perdida de la energía geotérmica existente, y no explotar la energía geotérmica con baja entalpia que de otra forma quedaría sin explotar.

Un objetivo de la presente invención es el proveer un método para explotar el fluido geotérmico con baja-media temperatura producida por los pozos geotérmicos a fin de que puede lograrse su explotación económica.

Otro objetivo de la invención es el proveer un método para explotar este fluido geotérmico con calidad baja-media producido por los pozos geotérmicos al combinarlos con el uso de la energía solar en una forma eficiente y económica.

Otro objetivo de la invención es el proveer un sistema que permita que el método de la invención se realice.

Otros objetivos y ventajas de la invención se volverán aparentes conforme avance la descripción.

Breve Descripción de la Invención De acuerdo con la presente invención, se provee un método para operar una central eléctrica con múltiples fuentes térmicas que utiliza un fluido como fuente térmica con baja-media temperatura, en donde la central eléctrica con múltiples fuentes térmicas incluye una turbina o equipo de expansión que trabaja con un fluido motor orgánico, que comprende el precalentamiento del fluido motor orgánico que usa el fluido de la fuente térmica de baja-media temperatura y además provee más calor desde una fuente térmica adicional para vaporizar el fluido motor que se suministra a la turbina o equipo de expansión.

Además, en una modalidad de la presente invención, la presente invención proporciona un dispositivo que comprende un intercambiador de calor adecuado para el precalentamiento de un fluido motor orgánico con un fluido geotérmico de baja-media temperatura, y los medios de captación de energía solar adecuados para proporcionar calor directa o indirectamente al fluido motor orgánico precalentado para calentar o vaporizar el fluido motor.

Además, en otra modalidad de la presente invención, la presente invención proporciona un dispositivo que comprende un intercambiador de calor adecuado para precalentar un fluido motor orgánico con corrientes térmicas industriales no utilizadas de baja-media temperatura, y los medios de captación de la energía solar adecuados para proporcionar calor directa o indirectamente al fluido motor orgánico precaliente para calentar y vaporizar así como para sobre calentar el fluido motor.

La presente invención por consiguiente permite la implementación de centrales eléctricas económicas en diferentes lugares donde el uso solo del calor sensible con bajas temperaturas o calor solar por separado no pueden j stificarse. Esto es debido al muy alto costo de la electricidad producida provocado por una muy gran inversión en los intercambiadores de calor (el uso solo del calor sensible) y captadores solares de calentamiento líquido muy grandes (uso solo de captadores solares de calentamiento líquido) o debido al muy pequeño tamaño de la central eléctrica (alto costo fijo del proyecto y/o costos de operación) .

Breve Descripción de las Figuras Las modalidades de la presente invención se describen por medio del ejemplo, y con referencia a las figuras acompañantes en este: La Fig. 1 es un diagrama temperatura-calor que muestra las características de temperatura y calor de un sistema que opera con agua como su fluido motor, la fuente térmica es p.ej., salmuera o líquido geotérmico que tiene una cantidad sustancial de calor sensible; La Fig. 2A es un diagrama temperatura-calor que muestra las características de temperatura y calor de un sistema que opera de acuerdo con la presente invención típicamente alrededor del medio día; La Fig. 2B es un diagrama temperatura-calor que muestra las características de temperatura y calor de un sistema que opera de acuerdo con la presente invención durante las horas temprano en la mañana y por la tarde; La Fig. 2C es un diagrama temperatura-calor que muestra las características de temperatura y calor de un sistema que opera de acuerdo con la presente invención durante la noche; La Fig. 3 es un diagrama esquemático de un sistema construido y dispuesto de acuerdo con una modalidad preferida de la invención, en donde el fluido motor se vaporiza directamente por la energía solar; La Fig. 4 es un diagrama esquemático de un sistema alterno construido y dispuesto de acuerdo con otra modalidad preferida de la invención, que utiliza un vaporizador instantáneo; La Fig. 5 es un diagrama esquemático de aun otro sistema alterno construido y dispuesto de acuerdo con otra modalidad preferida de la invención, que utiliza aceite térmico para calentar el fluido motor orgánico y vaporizar el fluido motor orgánico; La Fig. 6 es un diagrama esquemático de aun otro sistema alterno construido y dispuesto de acuerdo con otra modalidad preferida de la invención, el calor del fluido geotérmico producido por un pozo de producción geotérmica se utiliza para calentar el fluido motor y la energía solar se usa para proporcionar no solo calor para vaporizar el fluido motor sino también para operar una central eléctrica adicional; La Fig. 6A es un diagrama esquemático de aun otro sistema alterno construido y dispuesto de acuerdo con una modalidad de la presente invención en donde el calor del fluido geotérmico producido por un pozo de producción geotérmica se utiliza para precalentar el fluido motor vaporizado por la energía solar para central eléctrica este fluido motor que sale de la turbina o equipo de expansión de esta central eléctrica se usa para precalentar el fluido motor de una central eléctrica con ciclo de reaprovechamiento en donde el calor del fluido geotérmico se usa para vaporizar el fluido motor de esta central eléctrica con ciclo inferior o de cola; La Fig. 6B es un diagrama esquemático que ilustra otra disposición construida y dispuesta de acuerdo con una modalidad preferida de la invención en donde la energía solar captada calienta un fluido motor que opera una central eléctrica con ciclo superior o de cabecera en donde la energía adicional se produce en otra central eléctrica con ciclo inferior o de cola operada por un fluido motor adicional ; La Fig. 6C es un diagrama esquemático que ilustra una disposición adicional construida y dispuesta de acuerdo con una modalidad preferida de la invención en donde la energía solar captada calienta un fluido motor que opera una central eléctrica con ciclo superior o de cabecera en donde la energía adicional se produce en otra central eléctrica con ciclo inferior o de cola operada por un fluido motor adicional; La Fig. 6D es un diagrama esquemático que ilustra aun otra disposición adicional construida y dispuesta de acuerdo con una modalidad preferida de la invención en donde la energía solar captada calienta un fluido motor que opera una central eléctrica con ciclo superior o de cabecera en donde la energía adicional se produce en otra central eléctrica con ciclo inferior o de cola operada por un fluido motor adicional; La Fig. 7 es un diagrama esquemático de un sistema construido y dispuesto de acuerdo con una modalidad preferida de la invención, en donde el fluido motor se precalienta por corrientes de calor industriales sin uso y se vaporizan directamente por energía solar; La Fig. 8 es un diagrama esquemático de otro sistema alterno construido y dispuesto de acuerdo con otra modalidad preferida de la invención, en donde el fluido motor se precalienta por corrientes de calor industriales sin uso que utilizan un aceite térmico y se vaporizan directamente por energía solar; La Fig. 9 es un diagrama esquemático de aun otro sistema alterno construido y dispuesto de acuerdo con otra modalidad preferida de la invención, en donde el aceite térmico se utiliza para calentar el fluido motor orgánico utilizado corrientes térmicas industriales sin uso, y vaporizan y también sobrecalienta el fluido motor orgánico con calor de la energía solar; La Fig. 10 muestra una modalidad de una central eléctrica construida y dispuesta de acuerdo con la presente invención, el colector solar está orientado en la dirección este-oeste .

La Fig. 11 muestra otra modalidad de una central eléctrica construida y dispuesta de acuerdo con la presente invención, el colector solar está orientado en la dirección norte-sur .

La Fig. 12A muestra un diagrama esquemático de un sistema receptor del colector por medio de una antena parabólica de concentración que es adecuado para su uso en una modalidad de la presente invención; La Fig. 12B muestra un diagrama esquemático de un sistema receptor colector de concentración solar de tipo Fresnel que es adecuado para su uso en una modalidad de la presente invención; La Fig. 12C muestra un diagrama esquemático de un sistema receptor colector de concentración solar de torre de una central helioeléctrica de torre que es adecuada para usar en una modalidad de la presente invención; La Fig. 13 muestra un diagrama esquemático de un sistema receptor colector de concentración solar de torre que es adecuado para usar en una modalidad de la presente invención descrita con referencia a la Fig. 6; La Fig. 14 muestra un diagrama esquemático de otro sistema receptor colector de concentración solar que también es adecuado para usar en la modalidad de la presente invención descrita con referencia a la Fig. 6; y La Fig. 15 muestra un diagrama esquemático de un sistema receptor colector de concentración solar que tiene un espejo secundario de modo que el receptor se localice sobre el suelo, el cual es adecuado para su uso en la modalidad de la presente invención descrita con referencia a las Figs . 7C, 8 y 9.

Nótese que los números de referencia similares se refieren a los componentes similares en las modalidades de la presente invención descrita con referencia a las figuras.

Descripción Detallada de la Invención En el contexto de la descripción de la presente invención, el término "baja-media temperatura" típicamente, pero sin limitación, se refiere a las temperaturas en el intervalo desde 70°-200°C (es decir, alrededor de 160-395°F) .

Como se usa en la presente, el término "fluido motor" se refiere a cualquier fluido utilizado para operar un equipo de expansión o turbina, tal como los fluidos orgánicos o vapor que se describirán con mayor detalle más adelante. Similarmente , uno de los ejemplos más comunes del fluido de la fuente térmica de baja-media temperatura es un fluido geotérmico, p.ej., líquido o salmuera geotérmica, la cual se usa en los ejemplos siguientes, la persona con experiencia en la técnica apreciará que cualquiera de los fluido con baja-media temperatura puede usarse en lugar de los fluido geotérmicos para llevar a cabo la presente invención, para los propósitos de precalentamiento del fluido motor. Por ejemplo, el calor gastado por lo regular está disponible en muchos de los procesos, como en los procesos industriales, como resultado de las etapas de intercambio de calor intermedias, o como subproductos, que pueden usarse para este propósito. De esta forma el aceite térmico o cualquier otro fluido adecuado que tiene un cierto nivel de carga térmica que fluye en una corriente continua en un proceso puede utilizarse de acuerdo con la presente invención.

La siguiente descripción detallada ilustrará la invención. Con esta descripción una característica básica de la invención se volverá aparente, es decir que la invención permite la explotación de una cantidad sustancial de calor que proviene de la energía solar para la ebullición y en algunos casos esencialmente todo este calor de la energía solar se usa para este propósito. En ciertos casos una pequeña o aun despreciable cantidad de calor de la energía solar se usa para el precalentamiento del fluido motor, además del calor de la energía solar utilizado para la vaporización o ebullición del fluido motor. Por consiguiente, se volverá aparente para una persona con experiencia, la invención permite una explotación eficiente tanto del calor con energía baja o media que viene de una fuente, como del fluido térmico o los similares, el cual está disponible sobre una base continua, y de la energía solar que está disponible solo durante el día (véase la Fig. 2A) . En la Fig. 2A, las características de transferencia de calor de la presente invención se muestran (al atardecer durante el verano) y puede verse que la fuente térmica es sustancialmente buena -se logra el equilibrio del disipador de calor (fluido motor) por la presente invención. Es decir, de acuerdo con la presente invención, el fluido con baja-media temperatura p.ej., el fluido geotérmico, etc., se usa en una porción de precalentamiento de baja temperatura del ciclo de energía (que provee aproximadamente 64% del precalentamiento del fluido orgánico motor el cual es sustancialmente una porción del calor requerido para que opere la central eléctrica) , aunque una cantidad sustancial del calor concentrado del sol con temperatura relativamente alta se usa para poner en ebullición el fluido motor.

La Fig. 3 es una figura simplificada de un sistema construido y dispuesto de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención. El pozo de producción 1 suministra fluido geotérmico, por lo regular líquido o salmuera geotérmica, al precalentador 2. El fluido geotérmico enfriado se dispone e el pozo de inyección 3. El fluido motor orgánico suministrado desde el condensador 8, se precalienta directa o a través del recuperador 4 por medio de la línea 5 en el precalentador 2 utilizando el fluido geotérmico y el fluido motor precalentado abandona el precalentador por medio de la línea 5' y se alimenta al vaporizador/colector solar 6 donde se calienta y vaporiza o se pone en ebullición. El fluido motor vaporizado se suministra a través de la línea 5" y alimenta a la turbina 7 donde se expande y produce energía eléctrica al accionar un generador eléctrico. El fluido motor vaporizado gastado sale de la turbina 7 y se suministra a través del recuperador 4, donde el fluido motor vaporizado gastado calienta el condensado del fluido motor, al condensador 8 para producir condensado del fluido motor que utiliza aire o agua como medio de enfriamiento. El condensado del fluido motor después se suministra al recuperador y el ciclo se repite.

El siguiente ejemplo numérico ilustrará la operación del sistema mostrado en la Fig. 3. El fluido geotérmico del pozo de producción 1, a 160°C (320°F) fluye con una velocidad de flujo de 412,000 kg/h (908,000 lb/h) hacia el precalentador 2 desde donde se suministra en el pozo de reinyección 3 con una temperatura de 79°C (175°F) . El fluido motor fluye desde el condensador 8 a través del recuperador 4 donde alcanza una temperatura de 65°C (alrededor de 150°F) y, después que se precalienta en el precalentador 2 se suministra al colector solar 6 con una temperatura de 155 °C (aproximadamente 310°F) . Una pequeña porción de la energía solar se usa para calentar el fluido motor desde 155°C (aproximadamente 310°F) a alrededor de 173.5°C (aproximadamente 345°F) , a esta temperatura se vaporiza o se pone en ebullición y el fluido motor vaporizado producido se alimenta a la turbina para producir energía eléctrica. El fluido motor vaporizado gastado se suministra desde la turbina a través del recuperador y se alimenta al condensador. El condensado del fluido motor que abandona el condensador 8 se bombea a una temperatura de 35°C (aproximadamente 95 °F) hacia el recuperador. Bajo estas condiciones de operación, la energía producida es aproximadamente de 16,000 kw en bruto.

La Fig. 4 es una variación del sistema de la Fig. 3 y los mismos números se utilizan para indicar los elementos que son idénticos en ambos casos. Las siguientes diferencias existen entre los dos sistemas: de acuerdo con esta modalidad, el fluido motor orgánico no se vaporiza en el colector solar, pero a su vez el fluido motor líquido se calienta en el colector solar/receptor 6' y se suministra el fluido motor líquido caliente, a través de la línea 9 hacia el vaporizador instantáneo 10 donde se permite que se expansión y vaporización. El fluido motor vaporizado producido abandona el vaporizador instantáneo a través de la línea 9' y se suministra a la turbina 7 para producir energía eléctrica. En esta modalidad, el colector solar 6' no requiere que se acople con un vaporizador, el cual puede proporcionarse por separado.

A fin de apreciar una de las numerosas ventajas de la invención, debe entenderse como opera el sistema de la Fig. 4 durante las diferentes horas del día. La operación del sistema esencialmente puede dividirse en cuatro tiempos separados: luz solar del medio día, luz solar del crepúsculo, luz solar del amanecer y noche. Durante la luz solar del medio día (p.ej., alrededor del meridiano durante el verano), la operación continuará de manera similar a la descrita con referencia a las Figs . 3 y 4 con el fluido motor vaporizado producido en p.ej., el vaporizador instantáneo 10 (véase la Fig. 4) que se suministra a la turbina 7 para producir energía eléctrica (véase también la Fig. 2A) . Sin embargo, mientras progresa el día hacia la tarde, p.ej., las horas de la tarde, p.ej., alrededor de las 6:00 p.m., la cantidad de energía suministrada por el sol disminuye constantemente. Una situación similar se presenta cuando el cielo soleado se vuelve nublado. La temperatura del fluido motor que abandona el precalentador no cambia sustancialmente porque el calor proporcionado por el fluido o líquido geotérmico producido por el pozo de producción 1 es sustancialmente constante. Asumiendo que el sistema opera tal que el fluido motor se lleva a su temperatura de vaporización en el precalentador 2 a la presión de operación del vaporizador 10, después solo se suministra el calor de vaporización por medio del colector solar 6' . Mientras disminuye la cantidad de energía suministrada por el colector solar 6', se reduce la presión del vaporizador 10 por un controlador de presión (no se muestra) , permitiendo que el fluido motor se vaporice a pesar del ingreso de energía reducida. De esta forma se reduce la presión como una función del nivel de ingreso de energía solar. La Fig. 2B muestra la característica de transferencia térmica de la presente invención a estas horas. Por lo regular, el precalentamiento con baja temperatura realizado aquí comenzará con una mayor temperatura que se realiza en el sistema que opera bajo las condiciones descritas con referencia a la Fig. 2A ya que a este tiempo, no todo el fluido motor se vaporiza, véase la descripción que se relaciona con la Fig. 4 anterior, la Fig. 2B muestra que aun se logra el equilibrio razonablemente bien de la fuente térmica-disipador térmico (fluido motor) a estas horas. Bajo estas condiciones el fluido geotérmico proporciona aproximadamente 78% del precalentamiento del fluido orgánico de trabajo y se explicará enseguida como aun se produce un nivel de energía de 9.2 MW de energía eléctrica en bruto.

En la noche, el sistema opera con la presión de operación más baja del vaporizador 10, ya que el calor se provee solo por el fluido geotérmico o el líquido producido del pozo de producción 1. La Fig. 2C muestra las características de la transferencia térmica de la presente invención durante las horas nocturnas. Por otra parte, en las horas temprano en la mañana, p.ej., alrededor de las 7:00 a.m., cuando inicia la captación de algo de la radiación en el sistema solar, la cantidad de calor agregado por este se incrementa una vez más y por consiguiente se incrementa la presión de operación en el vaporizador 10. La Fig. 2B muestra que aun se logra el buen equilibrio de la fuente térmica-disipador térmico (fluido motor) a estas horas temprano en la mañana. Por su puesto, pueden presentarse cambios similares durante el día, como se explican anteriormente, como resultado de las condiciones atmosféricas, y el sistema responde a estos cambios de alguna manera. De esta forma, la presente invención proporciona operación cuando la intensidad de la energía solar cae o aun no está presente (p.ej., en la noche) .

Los siguientes ejemplos numéricos ilustrarán la operación del sistema de la Fig. 4. En p.ej . , las horas muy temprano~~en la mañana, alrededor de las 7:00 a.m., en el verano, la temperatura del fluido motor es de aproximadamente 173.5°C (345°F) se logra con la salida del colector solar 6'. Más adelante, este fluido motor caliente se suministra al vaporizador instantáneo 10 donde se produce el fluido motor vaporizado y se suministra a la turbina 7 con una temperatura alrededor de 160.8°C (357°F) a fin de que se produzcan 11.5 MW de energía eléctrica en bruto. Por otra parte, a las 6:00 p.m., en la tarde hacia el ocaso en el verano, se logra una temperatura aproximadamente de 151.2°C (305°F) a la salida del colector solar 6' produciéndose de esta forma 9.2 MW de energía eléctrica en bruto. Por consiguiente, puede verse que aun durante tempranas horas- del día u horas de la tarde del día, se produce una cantidad sustancial de energía a través del nivel de radiación solar que es relativamente baja [29.5 MWt (térmico) a las 7:00 a.m., 23.1 MWt (térmico) a las 6:00 p.m., comparado con los 39.6 MWt (térmico) a las 12:00 meridiano (cuando se producen 16 MW de energía eléctrica en bruto) ] .

Las Figs . 2A y 2B así como también los ejemplos numéricos demuestran que el uso preferido, de acuerdo con la presente invención, del fluido motor orgánico mejora la cantidad de calor involucrado en el precalentamiento del fluido motor con el fluido geotérmico (u otro fluido de baja energía) . Además, la Fig. 1 también muestra, que el uso preferido de un fluido motor orgánico en lugar de agua proporciona un incremento en el nivel de energía producido por una central eléctrica que opera de acuerdo con la presente invención.

Cambiando a la Fig. 5, se muestra un sistema, que difiere de las modalidades previas ya que el fluido motor orgánico no se calienta directamente en el colector solar; a su vez el colector solar 6" calienta el aceite térmico, que fluye en un ciclo cerrado de transferencia térmica indicado en la figura por el número de referencia 11, que calienta el fluido motor orgánico precaliente (que fluye dentro del vaporizador. 10' a través de la línea 12) . De acuerdo con el sistema de la presente modalidad, el intercambiador de calor usado para calentar el fluido motor orgánico precalentado con el aceite térmico se incorpora en el vaporizador 10' . El fluido motor vaporizado producido en el vaporizador 10' sale a través de la línea 9' y se suministra a la turbina 7 para producir energía eléctrica. En la presente modalidad, el colector solar 6", mostrado en la Fig. 5, será mayor que los colectores solares 6 y 6' mostrados en las Figs . 3 y 4 respectivamente .

El siguiente ejemplo numérico ilustrará la operación del sistema descrito con referencia a la Fig. 5. Se asume que el fluido geotérmico se suministra desde el pozo de producción 1 con una temperatura de 160°C (320°F) y con una velocidad de flujo de 412,000 kg/h (908,000 libras por hora). Después de precalentar el fluido motor orgánico a una temperatura de 155°C (aproximadamente 310°F) , el fluido geotérmico abandona el precalentador a 79°C (aproximadamente 175°F) .

El aceite térmico se calienta en el colector solar 6" a aproximadamente 230°C (445°F) , a esta temperatura se alimenta al vaporizador 10' para producir vapor del fluido motor orgánico (el cual en este ejemplo es n-pentano) con una temperatura de aproximadamente 173.5°C (345°F, generalmente líquido o salmuera geotérmica) , el vapor de fluido motor orgánico producido se suministra más adelante a la turbina 7. El aceite térmico abandona el vaporizador 10' en aproximadamente 180°C (alrededor de 355°F) . El agua de enfriamiento, si se usa, se alimenta al condensador 8 con una temperatura de 21°C y lo abandona a 30°C mientras la temperatura del condensado del fluido motor que abandona el condensador es de 35°C (95°F) . El recuperador 4 calienta el condensado del fluido motor a 65°C (aproximadamente 150°F) . Bajo estas condiciones de operación, la energía eléctrica producida es de 16,000 k en bruto. Se enfatiza en las Figs . 1, 2A y 2B que también son descriptivas de la operación de la actual modalidad de la invención. Durante la noche, véase la Fig. 2C, otro vaporizador . (no se muestra) se utilizaría en la actual modalidad de la invención al cual se suministraría fluido geotérmico (para vaporizar el fluido motor) además se suministra fluido geotérmico al precalentador 2.

Refiriéndose a la Fig. 6, el fluido geotérmico, generalmente líquido o salmuera geotérmica, se alimenta desde el pozo de producción 40 al precalentador 41, donde se suministra el fluido motor desde un condensador directo al recuperador 42 se precalienta y después se alimenta al vaporizador 43. El vaporizador 43 recibe el calor desde un ciclo de energía por separado utilizando el fluido motor suministrado desde el recuperador 44 en el ciclo de energía por separado. El vapor del fluido motor producido en el vaporizador 43 se alimenta a la turbina 45 para producir energía eléctrica.

En esta modalidad, un ciclo de energía por separado, un ciclo superior, designado A, opera tal que un fluido motor por separado se calienta utilizando el sistema de calentamiento solar 46. En el ejemplo descrito con referencia a la Fig. 6, el fluido motor en el ciclo A por separado, se suministra desde el recuperador 44, primero se precalienta en el precalentador 47 y el sistema solar 46 suministra calor de evaporación (así como también calentamiento adicional, si se requiere) a fin de que el vapor del fluido motor se produce en el vaporizador 48. Posteriormente, el vapor del fluido motor se suministra a la turbina 55 para producir energía eléctrica. El ciclo del ciclo A superior por separado se completa cuando el vapor del fluido motor expandido desde la turbina 55 se alimenta al condensador/vaporizador 43 por medio del recuperador 44 para producir el condensado del fluido motor.

Como puede verse del la Fig. 6, el condensador/vaporizador 43 proporciona calor para vaporizar o poner en ebullición el fluido motor, precalentado por fluido geotérmico suministrado del pozo de producción 40 en el ciclo inferior designado B. En el condensador/vaporizador 43, el calor producido por la condensación del fluido motor del ciclo A superior por separado proporciona el calor de vaporización del fluido motor del ciclo inferior precalentado por el fluido térmico. De esta manera, se logra el equilibrio eficiente de la transferencia de calor. Además, esta modalidad es particularmente útil cuando la temperatura que puede lograrse en el sistema solar 46. Si se prefiere, el precalentamiento en el ciclo A superior puede lograrse utilizando el fluido geotérmico (no se muestra) .

En un ejemplo numérico de la modalidad, de la presente invención se describe con referencia a la Fig. 6, se asume, también en la presente, que el fluido orgánico se suministra con una temperatura de 160°C (320°F) , desde el pozo de producción 40 con una velocidad de flujo de 412,000 kg/h (908,000 lb/h) al precalentador 41. Después de transferir calor al fluido motor orgánica en el precalentador que alcanza una temperatura de 155°C (aproximadamente 310°F) , el fluido geotérmico abandona el precalentador a 79°C (alrededor de 175 °F) . El vaporizador/condensador 43 produce vapor del fluido motor orgánico que sale a aproximadamente 173.5°C (345°F) y se suministra a la turbina 45 para producir energía eléctrica p.ej., con un nivel desde aproximadamente 16,000 kW en bruto. Si se usa agua den enfriamiento, se alimenta al condensador con una temperatura de 21°C y lo abandona a 30°C mientras la temperatura del condensado del fluido motor que abandona el condensador es de 35°C (95°F) . El recuperador calienta el condensado del fluido motor a 65 °C (aproximadamente 150°F) .

En el ciclo superior, el líquido se calienta en el colector solar a aproximadamente 290°C (554°F) , a esta temperatura se alimenta al vaporizador 48, el líquido que se alimenta al precalentador 47 a aproximadamente 240°C (465°F) . El vapor del fluido motor orgánico producido en el vaporizador 48 se suministra a la turbina 55 para producir energía eléctrica. El vapor del fluido motor gastado que sale de la turbina se suministra al recuperador 44 y después de este al vaporizador/condensador 43 con una temperatura de 195°C (383°F) . El condensado del fluido motor producido en la presente se suministra de regreso al precalentador 47 utilizando la bomba del ciclo 49 hacia el recuperador 44. bajo estas condiciones de operación la energía eléctrica producida por el ciclo superior A es de 4025 kW en bruto. Por consiguiente, en esta modalidad, se logra una mayor salida de energía que con las modalidades previas descritas en la presente mientras se opera con un nivel de eficiencia similar .

Cuando se usa agua como el fluido motor en el ciclo superior A, si se prefiere, la central eléctrica puede simplificarse al no utilizar el recuperador 44, mientras el recuperador 42 y el precalentador 41 en el ciclo inferior B tampoco se utiliza. En esta opción, el fluido geotérmico, usualmente, líquido o salmuera geotérmica puede suministrarse al precalentador 47 del ciclo superior A y puede usarse el colector solar/receptor 46 para proporcionar calor al vaporizador 48 sin el suministro de calor al precalentador 47.

En otra alternativa de una central eléctrica con ciclo combinado se describe con referencia a la Fig. 6A en donde se ha hecho la optimización del uso de calor solar y calor geotérmico y en donde también se utiliza agua como fluido motor para el ciclo superior de energía de la turbina y se utiliza un fluido orgánico como el fluido motor en el ciclo de energía inferior. En el ciclo de energía superior, el calor del fluido geotérmico se usa para precalentar el fluido motor agua en el precalentador 47A y se usa la radiación solar para vaporizar el agua y producir vapor en el colector solar/receptor/vaporizador 46A. El vapor producido por medio de esto se suministra a la turbina de vapor 55A donde se expande y se produce energía preferentemente utilizando el generador eléctrico acoplado a esta. El vapor expandido que sale de la turbina de vapor se suministra al condensador/precalentador 41A (del ciclo inferior) donde se condensa y el condensado de vapor producido se regresa al precalentador 47A que completa el ciclo superior A de energía. En el ciclo inferior B de energía, el fluido motor orgánico precalentado que sale del condensador/precalentador 41A se suministra al vaporizador 43A donde el calor del fluido geotérmico vaporiza el fluido motor orgánico. El vapor del fluido motor orgánico se suministra a la turbina de fluido motor orgánico 45A donde se expande y produce energía preferentemente por el uso del generador eléctrico se acopla a esta. El fluido motor orgánico expandido que sale de la turbina de fluido motor orgánico 45A se suministra al condensador enfriado por el medio de enfriamiento p.ej., agua o aire y el condensado del fluido motor orgánico producido se suministra al condensador/precalentador 41A de esta forma completar el ciclo inferior B de energía.

En un ejemplo numérico que provee una indicación de las características de operación de la modalidad de la invención se describe con referencia a la Fig. 6A, el fluido geotérmico en forma de líquido p salmuera geotérmica a 171°C precalienta el fluido motor agua a 155 °C en el precalentador 47A y después el fluido motor agua precalentada se vaporiza en el colector solar/receptor/vaporizador 46A produce vapor a 270°C. De esta forma el vapor se expande en la turbina de vapor 55A y el generador eléctrico acoplado a esta produce 17.4 MW (energía en bruto) de energía eléctrica. El vapor expandido sale de la turbina de vapor a 102°C y se suministra al condensador/precalentador 41A donde se produce el condensado de vapor a 55°C el cual después regresa al precalentador. En el ciclo inferior de energía B, el fluido motor orgánico se precalienta por el vapor de condensación en el condensador/precalentador 41A a 90°C y se suministra al vaporizador 43A en donde el fluido geotérmico en forma de líquido o salmuera geotérmica calienta el fluido motor orgánico y produce vapor del fluido motor orgánico a 145 °C. Este vapor del fluido motor orgánico se suministra a la turbina del fluido motor orgánico 45A donde se expande y el generador eléctrico accionada por la turbina de fluido motor orgánico produce 36.5 MW (energía eléctrica) de energía eléctrica. El vapor del fluido motor orgánico expandido que sale de la turbina del fluido motor orgánico 45A se suministra al condensador del fluido motor orgánico y el medio de enfriamiento (agua o aire) suministrado a este produce el condensado del fluido motor orgánico que se regresa al precalentador 41A. si se prefiere, puede utilizarse otra central eléctrica con el fluido motor orgánico para utilizar más el calor presente en el líquido o salmuera geotérmica que sale del vaporizador 43A para enfriarla más alrededor de 80°C y producir otros 14.7 M (energía en bruto) de energía eléctrica.

En otra opción (véase la Fig. 6B) , la porción de calor del colector solar/receptor 46B puede usarse para vaporizar el fluido motor orgánico en el vaporizador 43B en el ciclo de inferior de energía B en lugar del calor contenido en el fluido geotérmico. En la presente, el vapor expandido que sale de la turbina de vapor 55B se suministra al condensador/precalentador 47B para precalentar el fluido motor orgánico del ciclo inferior mientras el fluido geotérmico, usualmente líquido o salmuera geotérmica precalienta más el fluido motor orgánico en el precalentador 41B con una mayor temperatura, p.ej., aproximadamente 151°C. La temperatura del vapor del fluido motor orgánico suministrado desde el vaporizador solar 43B a la turbina de fluido motor orgánico 45B en este ejemplo es de 168°C y se producen 48.8 MW (energía en bruto) de energía eléctrica además de los 12.2 MW (energía en bruto) producida por la turbina de vapor en la central eléctrica del ciclo superior. Si se prefiere, puede realizarse el precalentamiento adicional del fluido motor orgánico en un precalentador (no se muestra) . En tal caso, el fluido geotérmico, usualmente en forma de líquido o salmuera geotérmica (que sale del precalentador 41B) de central eléctrica del ciclo inferior B) puede suministrarse a un precalentador previo al suministro del fluido motor orgánico precalentado al condensador/precalentador 47B para el posterior precalentamiento .

En otra disposición o modalidad (véase la Fig. 6C) , el calor del fluido geotérmico, usualmente en forma de liquido o salmuera geotérmica, se usa no solo para precalentar el fluido motor agua en el ciclo de energía superior para suministrarlo al receptor solar/colector/vaporizador 46C sino también para recalentar el vapor expandido. En esta opción, el vapor producido en el receptor solar/colector/vaporizador 46C se suministra a la turbina de vapor 55C vía el sobrecalentador 48C también suministrado con calor solar desde un colector solar/receptor donde este se expande y produce energía eléctrica preferentemente usando un generador eléctrico acoplado a la turbina de vapor. El vapor expandido que sale de la turbina de vapor 55C se recalienta por medio del líquido o salmuera geotérmica en el recalentador 56C y el vapor recalentado se suministra a otra turbina de vapor 57C en la central eléctrica con ciclo superior A para producir energía eléctrica (preferentemente utilizando un generador eléctrico acoplado a la turbina de vapor adicional) . Después, el vapor más expandido que sale de la turbina de vapor adicional se condensa en el condensador/vaporizador 43C del ciclo inferior B y produce vapor del fluido motor orgánico que se suministra a la turbina del fluido motor orgánico 45C. El vapor del fluido motor orgánico se expande en la turbina del fluido motor orgánico y se produce energía eléctrica preferentemente por un generador eléctrico acoplado a esta. El condensado del vapor producido por el condensador/vaporizador 43C se suministra al precalentador 47C en el ciclo superior A donde el líquido o salmuera geotérmica agotada en calor precalienta el condensado de vapor completando de esta forma el ciclo superior de energía.

El sobrecalentador 48C suministra directamente o al usar un fluido intermediario desde un colector solar/receptor al vapor suministrado desde el receptor solar/colector/vaporizador 46C y el vapor sobrecalentado producido por esto después se suministra a la turbina de vapor 55C. Además, el líquido o salmuera geotérmica agotada en calor que sale del recalentador 56C precalienta el condensado del vapor.

Para proporcionar una indicación de la operación de esta opinión vía un ejemplo numérico, la primera turbina de vapor produce 14 MW (energía en bruto) mientras la segunda turbina de vapor produce 4.7 MW (energía en bruto) con la turbina del fluido motor orgánico que produce 9.8 MW (energía en bruto). fluido motor orgánico que produce 9.8 M (energía en bruto). En esta modalidad, se ha usado sustancialmente menos fluido geotérmico comparado con las modalidades descritas con referencia a las Figs . 6A y 6B .

En otra opción un ciclo inferior de mayor temperatura se describe con referencia a la Fig. 6D en donde el uso del condensador/precalentador 41D y vaporizador 43D junto con el recuperador 42D en el ciclo inferior permite que se produzca energía eléctrica adicional comparada con el arreglo descrito con referencia a la Fig. 6C. En la presente, el calentador/precalentador 4ID, donde condensa más el vapor expandido que sale de la turbina de vapor 57D en la central eléctrica con ciclo superior A, precalienta el fluido motor orgánico de la central eléctrica con ciclo inferior B previo a suministrarlo al vaporizador 43D. El fluido motor orgánico vaporizado producido en el vaporizador 43D que usa calor del fluido geotérmico suministrado del recalentador 56D se suministra a la turbina de vapor orgánico 45d donde se expande y se produce energía por medio del generador eléctrico acoplado preferentemente a la turbina de vapor orgánico 45D de la central eléctrica con ciclo inferior B (12.4 MW de energía en bruto). El fluido motor orgánico expandido que sale de la turbina de vapor orgánico 45D se suministra al condensador (que puede enfriarse con aire se enfría con agua) por medio del recuperador 42D y se produce el condensado del fluido motor orgánico que se suministra al recuperador 42D donde se precalienta por el fluido motor orgánico expandido que sale de la turbina de vapor orgánico 45D. El fluido motor orgánico precalentado después se suministra al condensador/precalentador 41D completando de esta forma el ciclo inferior de energía. También en esta modalidad, se ha utilizado fluido sustancialmente menos geotérmico comparado con las modalidades descritas con referencia a las figuras 6A y 6B. En un ejemplo numérico de la operación de esta modalidad, la turbina de vapor 57D produce 13.1 MW de energía en bruto mientras la turbina de vapor 55D produce 4.9 MW. En estas al menos 4 opciones, se ha hecho el esfuerzo por optimizar el uso del calentador solar así como también el uso del calor geotérmico a fin de permitir la reducción en el tamaño del campo del colector solar (hasta aproximadamente 15% de reducción en el tamaño del campo del colector solar) mientras se opera con temperaturas que facilitan el diseño y mantenimiento del sistema y logra mayores eficiencias de conversión de energía tanto para las fuentes geotérmicas como solares. Además, en las modalidades descritas con referencia a las Figs . 6C y 6D, se usa un sistema relativamente simple el cual además permite la transición relativamente simple de la operación de día a la operación en la tarde y la noche.

Aunque, en el presente caso, la porción solar de la invención se presenta como un ciclo superior, particularmente en las modalidades descritas con referencia a las Figs . 6, 6A, 6B, 6C y 6D, alternativamente, la porción solar de la presente invención, especialmente las porciones solares en las modalidades descritas con referencia a las Figs. 6C y 6D pueden operar como una entidad independiente del resto del dispositivo. En tal caso, el fluido calentado con el sol puede usarse en lugar del líquido o salmuera geotérmica.

Cambiando a otra modalidad de la presente invención, la Fig. 7 presenta una figura simplificada de un sistema construido y dispuesto de acuerdo con una modalidad adicional de la presente invención que utiliza una corriente térmica industrial no utilizada. El gas del escape de la turbina dé gas 1' suministra calor al fluido motor suministrado al precalentador de calor residual 2'. El gas de escape de la turbina de gas enfriado se dispone por medio de la chimenea 3' . El fluido motor orgánico suministrado desde el condensador 8' ya sea directamente o a través del recuperador 4' vía la línea 5' se precalienta en el precalentador 2' utilizando el gas de escape de la turbina de gas 1' y el fluido motor precalentado abandona el precalentador de calor residual a través de la línea 5' y se alimenta al colector solar/vaporizador 6' ' ' donde se calienta .y se pone en ebullición y también se sobrecalienta. El vapor del fluido motor producido se suministra a través de la línea 5" y se alimenta a la turbina 7 donde se expande y produce energía eléctrica al accionar un generador eléctrico, el fluido motor vaporizado sale de la turbina 7 y se suministra a través del recuperador 4', donde el fluido motor vaporizado gastado que calienta el condensado del fluido motor, hacia el condensador 8' para producir el condensado del fluido motor utilizando aire o agua como el medio de enfriamiento. El condensado del fluido motor después se suministra al recuperador y se repite el ciclo.

La Fig. 8 muestra un sistema que difiere de la modalidad previa descrita con referencia a la Fig. 7 ya que el fluido motor orgánico no se calienta directamente por el gas del gas de escape de la turbina; sino, el gas de escape de la turbina de gas 1" calienta el aceite térmico, que fluye en un ciclo cerrado de transferencia térmica indicado en la figura por el número de referencia 11', y calienta el fluido motor orgánico en el precalentador 2" . Posteriormente, el fluido motor precalentado se suministra al colector solar/receptor 6"" a través de la línea 12' para vaporizar y también para sobrecalentar el fluido motor. El fluido motor vaporizado producido en el vaporizador del colector solar/receptor 6"" sale a través de la línea 5" y se suministra a la turbina 7 para producir energía eléctrica.

En cuanto concierne a la Fig. 9, se muestra un sistema, que difiere de las modalidades previas descritas con referencia a las Figs . 7 y 8 ya que el fluido motor orgánico no se calienta directamente en el colector solar; sino el colector solar 6"" calienta el aceite térmico, que fluye en un circuito cerrado de transferencia térmica en la figura por el número de referencia 11", que calienta el fluido motor orgánico precalentado (que fluye dentro del vaporizador/sobrecalentador 10" a través de la línea 12) . De acuerdo con el sistema de la presente modalidad, el intercambiador de calor usado para calentar el fluido motor orgánico precalentado con el aceite térmico se incorpora en el vaporizador/sobrecalentador 10" . El fluido motor vaporizado producido en el vaporizador/sobrecalentador 10" sale a través de la línea 9' y se suministra a la turbina 7 para producir energía eléctrica. En la actual modalidad, el colector solar 6""', mostrado en la Fig. 9, será mayor que los colectores solares 6''' y 6"" mostrado en las Figs. 7 y 8 respectivamente .

Los siguientes ejemplos numéricos ilustrarán la operación del sistema que utiliza una corriente térmica industrial y también se describe con referencia a la Fig. 9. Se asume que la corriente térmica industrial sin uso o gas de escape de la turbina de gas se suministra desde la turbina de gas con una temperatura del pozo de producción 1 con una temperatura de 417°C (783°F) . Después de transferir calor al aceite térmico en el calentador de calor residual, el gas de escape de la turbina de gas agotado en calor abandona el calentador de calor residual a 125°C (aproximadamente 257°F) . El aceite térmico calentado transfiere 5550 kW de calor al fluido motor en el precalentador 2" .

El aceite térmico que circula en otro circuito de aceite 11''' se calienta en el colector 6""' y se alimenta al vaporizador/sobrecalentador 10" para el suministro de 3500 kW de calor latente al fluido motor orgánico en este y produce vapor del fluido motor orgánico con una temperatura desde aproximadamente 204°C (400°F) que se suministra después a la turbina 7. El aire, si se utiliza, se suministra, al condensador enfriado con aire 8 a una temperatura de 15 °C (59°F) . Bajo estas condiciones de operación, se logra la operación económica y la energía eléctrica producida es de 3,000 kW en bruto comparada con los 1,475 kW si no se utiliza el colector solar/receptor 6""'.

Las Figs . 10 y 11 muestran las modalidades de la presente invención que pueden comprender los colectores solares, p.ej., a través de los colectores, 6, 6', 6", 6''', 6"", 6""' y 46 (véase las Figs. 1-9) orientadas en dirección Este-Oeste (EW, por sus siglas en inglés) (Fig. 10) u orientada alternativamente en la dirección Norte-Sur (NS) (véase la Fig. 11) . Como puede verse de las Figs. 10 y 11, los colectores solares orientados en dirección EW proveen una operación más constante para la central eléctrica mientras que los colectores solares orientados en la dirección NS proporcionan una operación con una función escalonada de la central eléctrica durante las horas del día. Sin embargo, como se describe con referencia a la Fig. 2, la presente invención aun provee una operación sustancial de la porción solar de la central eléctrica y niveles de producción de energía razonables durante tempranas horas y en la tarde durante el día.

De acuerdo con la presente invención, básicamente cualquier sistema receptor colector con concentración solar puede usarse en las modalidades de la presente invención. P.ej., los sistemas receptores colectores por medio de parabólicas solares (véase la Fig. 12A) o el sistema receptor colector Fresnel (véase la Fig. 12B) , etc., puede usarse como los colectores solares/receptores en las modalidades de la presente invención descrito previamente. También si se prefiere, los colectores heliostáticos en un campo véase la Fig. 12C) para proporcionar calor a un receptor central en la parte superior de una torre solar, etc., puede utilizarse como los colectores/receptores solares en las modalidades de la presente invención descritas previamente.

Cambiando a la Fig. 13, el vaporizador del ciclo superior (véase la Fig. 6) se localiza sobre la torre solar cuando se utilizan los colectores heliostáticos solares. Si se prefiere, en vez de colocar el vaporizador del ciclo superior sobre la torre solar, puede ubicarse un vaporizador instantáneo a nivel de suelo, mientras el líquido circula hacia el receptor calentador colocado sobre la torre solar, véase la Fig. 14. Esta disposición también es adecuada para usar en la modalidad de la invención descrita con referencia a la Fig. 4 donde el vaporizador instantáneo 10 se ubicaría a nivel de piso. En otra modalidad, véase la Fig. 15, un segundo espejo puede ubicarse en la parte superior de la torre solar a fin de que la radiación pueda dirigirse a un receptor localizado a nivel de piso (haz - descendente) . Esta disposición puede usarse en las modalidades descritas con referencia a las Figs . 12C, 13 y 14.

Se apreciará que, mientras la invención no se limite al uso de fuentes térmicas marginales, también es útil en estos casos. Con respecto a esto, los resultados anteriores muestran que, sin la invención, la energía disponible del fluido geotérmico de baja temperatura no se explotaría del todo, ya que la operación de una central eléctrica sin líquidos con baja energía que vienen de estas fuentes no vale la pena comercialmente . De esta forma, la invención que explota las fuentes que de otra forma serían residuales.

Por supuesto, desde el punto de vista de la ingeniería, es posible operar una central eléctrica utilizando este fluido geotérmico de baja temperatura pero, como se explicó anteriormente, no es económico. Sin embargo, ahora que, de acuerdo con la presente invención, una central eléctrica geotérmica se construye en combinación con dispositivos que operan con energía solar en forma específica y novedosa proporcionada por la presente invención, se supera la barrera económica. Por consiguiente, ahora es posible explotar el fluido o líquido geotérmico de baja temperatura producido desde estos pozos de producción aun durante las horas cuando la intensidad de la energía solar es relativamente baja o aun cuando no está disponible la energía solar, sin provocar que la operación de la central eléctrica se vuelva poco rentable además, el uso del fluido geotérmico de baja temperatura usualmente líquido o salmuera geotérmica, para precalentar el fluido motor orgánico provee una cantidad sustancial de calor para la central, permitiendo que el sistema solar sea más compacto y de esta forma más económico.

Ya que se volverá aparente para la persona con experiencia, una variedad de fluidos motores orgánicos pueden emplearse preferentemente en el sistema de la invención, y la selección de un líquido específico que se utiliza dependerá del número de consideraciones, tal como el tipo y tamaño de turbina y otros equipos, la ubicación específica de la central eléctrica, que influencia la cantidad de energía solar que puede explotarse y el número de horas durante el día cuando está disponible la energía solar. Ejemplos ilustrativos de los fluidos motores adecuados, pero no limitantes, incluyen isopentano, n-pentano, butano, propano, hexano . Terminol LT, DowthermJ y dodecano, y mezclas de dos o más de estos fluidos orgánicos. Además, en la medida en que las modalidades de la presente invención que describen un ciclo superior y un ciclo inferior, p.ej., la Fig. 6, la Fig. 13 y la Fig. 15, se relacionen, ejemplos ilustrativos de fluidos motores adecuados, pero no limitantes, del ciclo superior A incluyen Terminol LT, DowthermJ, dodecano, isopentano, n-pentano y agua, mientras que ejemplos ilustrativos de fluidos motores adecuados, pero no limitantes, para el ciclo inferior B incluyen isopentano, n-pentano, butano, propano, hexano. Nótese que el Therminol LT es el nombre comercial para el fluido aromático sustituido con alquilo de Solutia Company que tiene un centro en Bélgica. Dowtherm J, por otra parte, es el nombre comercial para la mezcla de isómeros de un fluido aromático alquilado de la Dow Chemical Company está centrado en los E.U.A.

Nótese que los ejemplos numéricos proporcionados en la presente se basan en las condiciones durante el verano en East Mesa, California, E.U.A. para n-pentano. Durante otras temporadas, la operación con baja temperatura se logrará por el sistema de la presente invención.

Por supuesto, los sistemas descritos anteriormente solo ejemplifican esquemáticamente la invención y pueden proporcionarse diferentes arreglos, sin exceder el alcance de las reivindicaciones. Por ejemplo más de un pozo geotérmico que produce fluido o líquido geotérmico puede usarse en un sistema en cascada, el cual a su vez puede operar más de una turbina. Además, aunque el fluido geotérmico, tal como líquido o salmuera geotérmica se mencione previamente, los fluidos o líquidos usados en conjunto con las fuentes de piedras secas calientes o sistemas geotérmicos mejorados también pueden usarse en la presente invención. La persona con experiencia fácilmente vislumbrará muchos arreglos diferentes, así como también muchas variaciones en el equipo y dispositivos utilizados para realizar la invención.

Aunque algunas modalidades de la invención se han descrito por medio de la ilustración, será aparente que la invención puede ponerse en práctica con diferentes modificaciones, variaciones y adaptaciones, con el uso de numerosas soluciones equivalentes o alternativas que están dentro del alcance de las personas con experiencia en la técnica, sin alejarse de la perspectiva de la invención o exceder el alcance de las reivindicaciones.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (30)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Método para operar una central eléctrica con múltiples fuentes térmicas que utiliza un fluido como fuente térmica de baja-media temperatura, caracterizado porque la central eléctrica con múltiples fuentes térmicas incluye una turbina que trabaja por medio de un fluido motor orgánico, el método comprende el precalentamiento del fluido motor orgánico que utiliza el fluido como fuente térmica de baja-media temperatura y después proporciona calor desde una fuente térmica adicional para vaporizar el fluido motor que se suministra a la turbina.

2. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el fluido motor se evapora utilizando energía solar concentrada.

3. Método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque previo a la evaporación, una parte de la energía solar se usa para incrementar la temperatura del fluido motor y después se evapora.

4. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque si la cantidad de energía solar suministrada al fluido motor disminuye temporalmente, el fluido motor se evapora por medio de una reducción correspondiente de la presión en un evaporador.

5. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el fluido de la fuente térmica con baja-media temperatura es un líquido geotérmico.

6. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el fluido de la fuente térmica con baja-media temperatura es una corriente térmica industrial sin uso .

7. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la temperatura del fluido de la fuente térmica con baja-media temperatura está en el intervalo de 70°-200°C.

8. Método de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque la energía solar se concentra utilizando un colector solar de concentración.

9. Método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el paso de concentrar la energía solar que utiliza un colector solar de concentración se realiza usando un concentrador con depresión parabólica.

10. Método de conformidad con la reivindicación 8, caracterizado porque el paso de concentrar la energía solar que utiliza un colector solar de concentración se realiza usando un concentrador Fresnel.

11. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el fluido motor se selecciona del isopentano, n-pentano, butano, propano, hexano, fluido aromático sustituid©- con alquilo, una mezcla de isómeros de un fluido aromático alquilado y dodecano.

12. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el fluido motor intercambia calor con el fluido de la fuente de calor con baja-media temperatura para producir el fluido motor precalentado.

13. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el fluido motor que se ha precalentado por el fluido de la fuente de calor con baja-media temperatura se calienta por medio del intercambiador de calor con un aceite térmico que se calienta por medio de la energía solar para proveer calor al vaporizar el fluido motor.

14. Método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el fluido motor precalentado se calienta directamente aun más por medio de energía solar, al proporcionar calor al fluido motor a fin de que se evapore el fluido motor por evaporación instantánea.

15. Dispositivo para la operación de una central eléctrica con múltiples fuentes térmicas utiliza un fluido de la fuente térmica con baja-media temperatura, caracterizado porque el dispositivo comprende un intercambiador de calor adecuado para precalentar un fluido motor con un fluido geotérmico con baja-media temperatura, y los medios de captación de energía solar adecuados para directa o indirectamente proporcionar calor a un fluido motor para calentar y evaporar el fluido motor en donde el fluido motor opera una central eléctrica con ciclo superior para producir energía a partir de la energía solar.

16. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el condensador de la central eléctrica separada con ciclo superior opera como un condensador/precalentador para precalentar el fluido motor.

17. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque la porción del fluido motor evaporado en la central eléctrica separada con un ciclo superior se evapora con el calor de los medios de captación de energía solar se suministra a un evaporador de una porción inferior de la central eléctrica con múltiples fuentes térmicas operada por un fluido motor orgánico para producir fluido motor orgánico evaporado.

18. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 17, caracterizado porque la otra porción del fluido motor evaporado en la central eléctrica separada con un ciclo superior se evapora con el calor de los medios de captación de energía solar se suministra a una turbina para producir energía .

19. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque el fluido motor que opera la central eléctrica separada con ciclo superior comprende agua.

20. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 19, caracterizado porque comprende un recalentador para recalentar el vapor expandido que sale de una turbina de vapor en la central eléctrica separada con ciclo superior usando el fluido geotérmico.

21. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 20, caracterizado porque 'además comprende otra turbina de vapor para expandir el vapor expandido recalentado suministrado a la otra turbina de vapor desde el recalentador.

22. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque además comprende un evaporador para evaporar el fluido motor precalentado utilizando el calor contenido en el fluido geotérmico.

23. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque el fluido motor precalentado comprende un fluido motor precalentado orgánico y además comprende una turbina de fluido motor orgánico para producir energía en la central eléctrica con ciclo inferior.

24. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado porque además comprende un evaporador al cual se suministra fluido motor precalentado desde el condensador/precalentador para producir fluido motor evaporado utilizando el calor del fluido geotérmico.

25. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 24, caracterizado porque el fluido motor evaporado producido que utiliza calor del fluido geotérmico comprende un fluido motor orgánico que se suministra a una turbina de fluido motor orgánico de una central eléctrica con ciclo inferior para producir energía.

26. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque el intercambiador de calor adecuado para precalentar un fluido motor con un fluido geotérmico con baja-media temperatura comprende un precalentador en la central eléctrica separada con ciclo superior para precalentar el fluido motor que es agua previo a su suministro a los medios de captación de energía solar adecuados para proporcionar directa o indirectamente calor a un fluido motor al calentar o evaporar el fluido motor.

27. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque el fluido motor orgánico de la central eléctrica con ciclo inferior se selecciona de isopentano, n-pentano, butano, propano, hexano.

28. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 25, caracterizado porque el fluido motor orgánico de la central eléctrica con ciclo inferior se selecciona de isopentano, n-pentano, butano, propano, hexano.

29. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque los medios de captación de energía solar comprenden un colector solar.

30. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque el colector solar comprende un concentrador solar.