ES2621819T3 - Depósito de almacenamiento para fluidos - Google Patents

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ES2621819T3 ES12738036.8T ES12738036T ES2621819T3 ES 2621819 T3 ES2621819 T3 ES 2621819T3 ES 12738036 T ES12738036 T ES 12738036T ES 2621819 T3 ES2621819 T3 ES 2621819T3
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Abstract

Depósito de almacenamiento (1) para el alojamiento de un fluido (5) con una temperatura de al menos 200ºC, que presenta una cáscara exterior (4), una cáscara interior (2) así como una capa de aislamiento térmico (3) intermedia, caracterizado por que la cáscara interior (2) está realizada en forma de un cono circular recto dispuesto sobre la punta.

Description

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DESCRIPCION
Deposito de almacenamiento para fluidos
La invencion se refiere a un deposito de almacenamiento para el alojamiento de un fluido caliente con una temperature de al menos 200°C, que presenta una cascara exterior, una cascara interior as^ como una capa de aislamiento termico colocada en medio, de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1. El documento US 2011/017196 A1 publica un deposito de almacenamiento de este tipo. Por lo demas, la invencion se refiere a la utilizacion de un deposito de almacenamiento de este tipo para el almacenamiento de energfa en centrales termicas solares y a una utilizacion para el reequipamiento de depositos de almacenamiento convencionales.
Los depositos de almacenamiento convencionales para el alojamiento de fluidos calientes, como por ejemplo semiconductores lfquidos o sales lfquidas, presentan, en general, una pared de deposito formada de forma cilmdrica. La pared de deposito se calienta hasta que alcanza la temperatura del fluido caliente almacenado en el deposito de almacenamiento. Hasta una temperatura de 400°C se pueden utilizar aceros-C de baja aleacion para la pared del deposito. A temperaturas mas elevadas, sin embargo, hay que recurrir a aceros austernticos de Cr-Ni. La pared del deposito esta rodeada, en general, en el exterior por un aislamiento termico. Para el caso de que el fluido exceda, por ejemplo, un contenido determinado de cloruro, solo se pueden utilizar de acuerdo con el estado actual de la tecnico debido a la accion de corrosion materiales a base de rnquel caros, como, por ejemplo, 1.4876, 1.4958 y 1.4959 (INCOLOY® Alloy 800 H / HT). El espesor necesario de la pared del deposito y el nivel de la temperatura necesaria del fluido a almacenar tiene en estos materiales una influencia esencial sobre los costes de fabricacion de un deposito de almacenamiento de este tipo. Existe un lfmite para un volumen de almacenamiento maximo economicamente todavfa conveniente, puesto que un volumen creciente del deposito de almacenamiento y una temperatura mas elevada hacen necesario, respectivamente, un espesor de pared mas grueso del deposito, para conseguir la resistencia necesaria. A partir de un espesor determinado de la pared, es necesario recocer las costuras de soldadura con gasto tecnico considerable, con lo que se elevan todavfa adicionalmente los costes de fabricacion.
Tambien se conoce un sistema de un deposito de almacenamiento cilrndrico con un aislamiento interior termico. El deposito de almacenamiento esta provisto en este caso con una cascara interior de pared fina, que se apoya mecanicamente a traves de un aislamiento resistente a la temperatura y de soporte de la carga. El aislamiento termico esta disenado en la forma de realizacion conocida de tal forma que no se excede la temperatura de la pared del deposito de 400°C. Por lo tanto, en tal forma de realizacion es necesario un aislamiento exterior adicional. La dilatacion termica de la cascara interior formada cilmdrica, que se produce, por ejemplo, durante el llenado con fluido caliente, se posibilita a traves de acanaladuras elasticas en esta cascara de pared fina. Para compensar la dilatacion termica radial y axial aparecida, se introducen en este caso de acuerdo con el estado de la tecnica unos puntos de cruce de acanaladuras, que son muy costosos en la fabricacion, en la cascara interior de pared fina.
Con respecto a la dilatacion termica de un deposito de almacenamiento cilrndrico conocido, hay que prestar atencion especial tambien a la transicion de la chapa de fondo de la pared del deposito. En general, es necesario conectar la cascara interior a traves de muchos puntos fijos con la cascara exterior para garantizar un movimiento definido del sistema. En virtud de estos requerimientos y particularidades, los sistemas conocidos hasta ahora apara el almacenamiento de fluidos calientes, por ejemplo para el almacenamiento de sales fundidas, con un aislamiento interior, se estiman como muy caros.
En el campo de las centrales termicas solares se conocen, ademas, varios tipos de depositos de almacenamiento y de sistemas de almacenamiento. Por ejemplo, se emplean dos depositos de almacenamiento, uno para fluido mas caliente y uno para fluido mas fno, para almacenar la energfa en tiempo de carga baja y cederla de nuevo en tiempos de carga alta. Todas las centrales termicas solares tienen en comun que concentran energfa solar con la ayuda de una disposicion de espejos y la conducen a un receptor, que recibe esta energfa, por ejemplo, calentado un medio en su interior. Como medio se han revelado como adecuados diferentes fluidos. Como especialmente adecuadas se consideran actualmente sales fundidas, es decir, lfquidas. El medio caliente es conducido entonces, por ejemplo, a un generador de calor y el vapor generado se puede expandir en una turbina para la generacion de corriente.
Uno de los desaffos maximos para la generacion de corriente economica con una central termica solar es como se conoce la oscilacion de la necesidad de corriente durante el dfa, puesto que la necesidad de corriente solamente se corrige, en parte, con las horas de sol. En general, se distinguen tres categonas de necesidades: carga baja, es decir, poca necesidad de corriente en el consumidor; carga normal, es decir, necesidad media de corriente en el consumidor, y carga alta o punta. Por ejemplo, el tiempo de carga alta cae por la noche en muchos pafses y/o en una parte considerable del ano en un instante despues de la puesta del sol. Por lo tanto, para el exito tecnico y economico de una central termica solar es esencial poder almacenar la energfa tomada del sol y poder cederla de nuevo en un instante posterior.
El cometido de la presente invencion es proporcionar ahora un deposito de almacenamiento mejorado frente al
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estado de la tecnica, especialmente mejorado tambien con respecto a los costes de fabricacion y de mantenimiento para fluidos calientes.
El cometido planteado se soluciona por que la cascara interior esta realizada en forma de un cono circular recto colocado sobre la punta. En este caso es posible de manera especialmente ventajosa realizar la cascara interior fina, puesto que una carga termica provocada a traves de la alimentacion de fluido caliente debido a la particularidad de la forma conica no conduce a una dilatacion termica predominante radial y perjudicial con ello para la resistencia del deposito de almacenamiento. En su lugar, se ha encontrado que a traves de la forma de cono circular recto, las resultantes de las fuerzas de dilatacion, que actuan durante el calentamiento, se extienden esencialmente paralelas a la superficie envolvente del cono circular recto. En termicos graficos, se puede decir que la cascara interior se dilata "hacia arriba" con carga termica paralelamente a la envolvente conica o bien en direccion de la generatriz del cono circular recto, es decir, que aumenta un poco la altura de cono circular, en cambio no aumenta el diametro del cono circular sobre una altura determinada. El diametro sobre una altura determinada, entendiendo las alturas por debajo de la altura de partida, permanece mas bien constante. La dilatacion termica de la cascara interior es aproximadamente de forma estable a traves de la forma especial segun la invencion.
La temperatura del fluido esta con preferencia sobre 200°C, de manera especialmente preferida en el intervalo de 400°C a 650°C, en particular en el intervalo de 590°C a 610°C, de nuevo con preferencia en torno a 600°C.
La cascara interior puede presentar, por ejemplo, una membrana hermetica a la sal o resistente a la sal, o un acero- C de baja aleacion o un acero-Cr-Ni austemtico o un material a base de mquel u otro material adecuado.
Con preferencia, la cascara interior descansa flotando sobre la capa de aislamiento termico, que esta configurada, por su parte, con referencia como soporte de carga, con preferencia igualmente en forma de un cono circular recto colocado sobre la punta. En este caso, la capa de aislamiento termico presenta, por ejemplo, materiales minerales, como por ejemplo piezas de calcio-silicato o bloques de espuma de vidrio o una combinacion de ellos o de materiales similares. Con ventaja especial, la capa de aislamiento termico se realiza en su espesor de tal forma que la cascara exterior, casi toda cuya superficie puede ceder calor en el exterior al medio ambiente, presenta, sin embargo, al menos despues de un tiempo determinado despues de una modificacion mayor del nivel de llenado, aproximadamente temperatura ambiente. La cascara exterior se puede realizar, por lo tanto, con ventaja especial en una construccion de hormigon. Con preferencia, en este caso se emplea hormigon armado.
De manera especialmente preferida, la cascara exterior esta configurada portante de carga, con preferencia igualmente en forma de un cono circular recto colocado sobre la punta y con preferencia como polfgono de recepcion de carga, que esta provisto de manera especialmente preferida en el interior con un revestimiento, que tiene la forma de un cono circular recto colocado sobre la punta como forma de la superficie vuelta hacia dentro. Por ejemplo, la arcilla es adecuada como material para dicho revestimiento. En esta configuracion de la presente invencion, es especialmente conveniente, ademas, apoyar el cono que forma la cascara exterior por medio de patas o apoyos, por ejemplo apoyos de hormigon armado o apoyos de acero.
A traves de la distribucion de carga especialmente ventajosa es posible realizar la cascara interior flotante muy fina, por ejemplo de 2 mm de espesor, con lo que se puede elevar de nuevo especialmente en el caso de materiales caros la rentabilidad del deposito de almacenamiento segun la invencion. El concepto de la cascara interior flotante en la forma conica segun la invencion, que prescinde de uniones mecanicas costosas con la cascara exterior, posibilita tambien por sf espesores finos del material, puesto que en virtud de las propiedades de estabilidad de forma, se puede proveer la cascara interior con refuerzos, que no impide la dilatacion termica.
Por lo demas, un deposito de almacenamiento segun la invencion esta equipado de manera mas conveniente con un techo, que presenta al menos una cubierta suspendida, con preferencia aislada termicamente.
De manera mas conveniente, esta prevista una capa de separacion mecanica entre la cascara interior y la capa de aislamiento termico. Esta capa de separacion mecanica apoya adicionalmente el concepto de la cascara interior flotante (llamada tambien "floating shell"). Por ejemplo, una arcilla magra es un material adecuado para la utilizacion en la capa de separacion mecanica.
De acuerdo con una forma de realizacion especialmente ventajosa de la invencion, especialmente a altas temperaturas del fluido, solamente a lo largo de algunas pocas generatrices del cono circular recto estan previstas acanaladuras para la compensacion de oscilaciones en la dilatacion termica del material de la cascara interior. De esta manera, se pueden compensar tambien oscilaciones que aparecen, por ejemplo, a traves de diferentes reducciones de la capa de aislamiento termico.
Con ventaja especial, el angulo de apertura del cono circular recto que forma la cascara interior esta seleccionado de tal manera que la superficie del volumen teorico de llenado del deposito de almacenamiento se reduce al mmimo. A traves de esta configuracion se ha encontrado un deposito de almacenamiento de forma estable exacta. A traves
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de esta configuracion se reducen al mmimo con ventaja tanto la necesidad de material para el deposito de almacenamiento y especialmente para la cascara interior, como tambien las perdidas de calor del fluido sobre su superficie. Por lo demas, en esta configuracion se ha optimizado la estabilidad de la forma. Las cargas termicas, por ejemplo a traves del llenado de fluido, no conducen a una deformacion de la cascara interior.
La optimizacion de las propiedades de forma estable se puede aproximar, por ejemplo, por que se reduce al mmimo la superficie envolvente del cono circular recto. En este caso, resulta teoricamente un angulo de apertura optimo de aproximadamente 70,5°. En la practica, sin embargo, se han revelado como especialmente adecuados angulos de apertura en el intervalo de 65° a 75°, con preferencia en el intervalo de 68° a 72° y de manera especialmente preferida 70° como para la presente invencion.
Las cargas termicas mencionadas se producen principalmente a traves del llenado y a traves de la extraccion del fluido a almacenar. En principio, se distinguen dos tipos de almacenamiento de fluidos con un nivel de temperatura inferior y un nivel de temperatura superior, que posibilitan ambos mantener estos niveles de temperatura en gran medida separados: el almacenamiento en un deposito de almacenamiento como almacenamiento de capas y el almacenamiento en dos depositos de almacenamiento separados. La presente invencion es adecuada, en principio, para ambos tipos de almacenamiento.
Con preferencia, la cascara interior esta configurada para el almacenamiento de un fluido con elevado contenido de cloro. De manera especialmente preferida se emplea una sal lfquida con contenido de cloro mas elevado que 0,1 % como fluido. En este caso, se puede recurrir de manera ventajosa y economica a sal, que no ha sido preparada de manera correspondiente con respecto a su contenido de cloro. Se ha revelado como especialmente adecuada, por ejemplo, la llamada sal solar (aproximadamente 60% NaNO3 y 40% KNO3) para el empleo como la llamada sal portadora de calor. En el caso de empleo de sal con elevado contenido de cloro, la cascara interior o al menos la superficie de contacto de la cascara interior con la sal presenta de manera mas conveniente un material adecuado, como por ejemplo un material que pertenece al grupo de los materiales a base de mquel ya mencionados al principio. Puesto que tales materiales son caros, la configuracion fina segun la invencion de la cascara interior es aqu especialmente ventajosa.
La utilizacion de un deposito de almacenamiento segun una de las reivindicaciones 1 a 7 para el almacenamiento de energfa solar convertida en una central termica solar en forma de un fluido caliente, con preferencia de una sal lfquida caliente con una temperatura en el intervalo de 500°C a 650°C, con preferencia de 570°C a 610°C, de manera especialmente preferida 600°C, representa un desarrollo ventajoso de la presente invencion.
Otro desarrollo ventajoso de la invencion preve la utilizacion de un deposito de almacenamiento segun una de las reivindicaciones 1 a 7 como empleo en deposito de almacenamiento convencional, configurado, por ejemplo, en forma de un cilindro. El volumen residual muerto resultante en este caso del deposito de almacenamiento convencional esta relleno de manera mas conveniente con materiales de aislamiento termico, como por ejemplo arcilla, arena, lana, lana mineral o ladrillo.
Otro desarrollo ventajoso de la invencion preve que para la reduccion de un volumen de sal no utilizable este prevista una bomba de transferencia de sal dentro de la cascara interior. Con preferencia, esta esta dispuesta en el centro, es decir, a lo largo del eje medio del cono circular recto en la zona de la punta del cono dentro de la cascara interior. Segun otra configuracion ventajosa, la bomba de transferencia de sal esta fijada en direccion radial a traves de un cojinete de friccion montado en la punta del cono.
Ademas, la presente invencion se puede desarrollar por que esta previsto un conducto de drenaje en la zona de la punta del cono, a traves de la cual se pueden descargar las contaminaciones que se depositan en el fluido. El volumen no utilizable del deposito puede permanecer reducido con ventaja de manera duradera.
De acuerdo con otra configuracion ventajosa de la invencion, es posible reducir la altura total del deposito de almacenamiento, estando avellanada la punta del deposito de almacenamiento en forma de cono, que presenta en virtud de la superficie relativa pequena solo una carga termica reducida, hasta una altura determinada del cono en el suelo. Esto es adecuado para reducir los costes de construccion y para mejorar la forma de aparicion de tal instalacion tecnica y, por lo tanto, la aceptacion en la vecindad.
Tambien con respecto a la seguridad del suelo, la presente invencion presenta una configuracion mejorada: sobre las superficies interiores de la cascara interior del deposito de almacenamiento se pueden colocar chapas de oleaje que en el caso de un terremoto reducen el movimiento del fluido almacenado.
En general, tal deposito de almacenamiento, como se describe en la presente invencion, presenta un cimiento de hormigon macizo. Para la elevacion de la seguridad, sobre este cimiento se puede colocar una pared por ejemplo anular (llamado "segundo contenedor"), cuya altura ocupa aproximadamente un tercio de la altura del cono. Las patas de hormigon descritas anteriormente para el apoyo del cono pueden estar colocadas en este caso dentro o
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fuera de esta pared.
Segun una forma de realizacion alternativa de la presente invencion, la cascara exterior esta configurada como construccion de acero. En esta forma de realizacion, la capa de aislamiento termico puede estar realizada, por ejemplo, mas fina, puesto que la cascara exterior realizada como construccion de acero se puede impulsar con una temperature mas elevada que una construccion de hormigon. Por ejemplo, una construccion de acero-C de baja aleacion se puede exponer a una temperatura de max. 400°C, sin influir de ninguna manera negativamente sobre las propiedades de esta construccion de acero. La cascara exterior se rodea en esta forma de realizacion, al menos en parte, por un aislamiento exterior. Esto se refiere tanto a la cascara exterior propiamente dicha como tambien a los apoyos dado el caso presentes, que apoyan la cascara exterior, por ejemplo sobre un cimiento. La construccion de acero esta configurada en este caso similar a la construccion de acero ya descrita, con preferencia como soporte de carga.
De acuerdo con otra forma de realizacion alternativa de la presente invencion, la cascara exterior presenta tanto componentes de hormigon o bien de hormigon armado como tambien componentes de acero.
La invencion ofrece una serie grande de otras ventajas, solo algunas pocas de las cuales se mencionad de forma ejemplar. A traves de la forma del deposito de almacenamiento y la carga termica relativamente reducida ya mencionada en la zona de la punta del cono se puede prescindir con ventaja de una refrigeracion del cimiento o bien tambien del suelo debajo del cimiento, necesaria en depositos de almacenamiento convencionales para fluidos calientes.
En general, la presente invencion muestra una pluralidad de posibilidades de ahorro en la creacion de tal deposito de almacenamiento, que se manifiestan, en parte, tambien adicionalmente en gasto de mantenimiento mas reducido. De esta manera, se propone una solucion muy interesante economicamente.
La invencion asf como otras configuraciones de la invencion se explican en detalle a continuacion con la ayuda del ejemplo de realizacion representado en las figuras.
La figura 1 muestra un fragmento de una representacion en seccion de un deposito de almacenamiento segun la invencion.
La figura 2 muestra un fragmento de una representacion en seccion de un deposito de almacenamiento alternativo.
En particular, la figura 1 muestra un deposito de almacenamiento 1, que presenta tres cascaras interiores 2, 3, 4 en forma de un cono circular recto dispuesta sobre la punta. Una cascara interior 2 esta rodeada por una capa de aislamiento termico 3 y esta esta rodeada de nuevo por una cascara exterior 4. El interior de la cascara interior es adecuado para recibir un fluido caliente 5 y se limita en direccion vertical por un techo 6 con un aislamiento 7 suspendido. La cascara exterior 4 se apoya por apoyos 8 sobre un cimiento 9, que amarra el deposito de almacenamiento en el suelo 10. En este ejemplo, la cascara interior 2 se representa como cono circular recto con un angulo de aperture especialmente ventajoso para la invencion de aproximadamente 70°. En este ejemplo, la cascara exterior 4 y los apoyos 8 estan realizados como construccion de hormigon.
La figura 2 muestra un deposito de almacenamiento 1, que presenta tres cascaras 2, 3, 4 interiores en forma de un cono circular recto dispuesto sobre la punta. Una cascara interior 2 esta rodeada por una capa de aislamiento termico 3 y esta esta rodeada de nuevo por una cascara exterior 4. La cascara exterior 4 esta rodeada en este ejemplo adicionalmente por un aislamiento exterior 11, que rodea, en parte, tambien los apoyos 8. Para este ejemplo, se ha seleccionado como cascara exterior 4 una construccion de acero. Esta se puede impulsar con una temperatura mas elevada que una construccion de acero. Por lo tanto, en este ejemplo, la capa de aislamiento termico 3 se puede seleccionar mas fina y/o puede estar constituida de un material con peores propiedades de aislamiento termico. La cascara exterior 4 configurada como soporte de carga, que esta configurada en este ejemplo como construccion de acero, se desplaza, en virtud de la presencia de un aislamiento exterior 11 adicional, por decirlo asf, mas al interior del deposito de almacenamiento 1.
En cambio, la cascara exterior 4 configurada como soporte de carga, realizada como construccion de hormigon, con preferencia utilizando al menos parcialmente hormigon reforzado con acero (llamado hormigon armado) forma en el ejemplo de realizacion 1, que pertenece a la figura 1, el lfmite exterior del deposito de almacenamiento 1.
El interior de la cascara interior en el ejemplo de realizacion asociado a la figura 2 es igualmente adecuado para recibir un fluido caliente 5 y se limita en direccion vertical por un techo 6 con un aislamiento 7 suspendido. La cascara exterior 4 se apoya a traves de apoyos 8 sobre un cimiento 9, que amarra el deposito de almacenamiento en el suelo 10.

Claims (9)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Deposito de almacenamiento (1) para el alojamiento de un fluido (5) con una temperatura de al menos 200°C, que presenta una cascara exterior (4), una cascara interior (2) asf como una capa de aislamiento termico (3) intermedia, caracterizado por que la cascara interior (2) esta realizada en forma de un cono circular recto dispuesto sobre la punta.
  2. 2. - Deposito de almacenamiento (1) segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la cascara interior (2) descansa flotando sobre la capa de aislamiento termico (3) que, por su parte, esta configurada con preferencia como soporte de carga, con preferencia igualmente en forma de un cono circular recto dispuesto sobre la punta.
  3. 3. - Deposito de almacenamiento (1) segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que la cascara exterior (4) esta configurada como soporte de carga, con preferencia igualmente en forma de un cono circular recto dispuesto sobre la punta o con preferencia como polfgono de recepcion de carga, que esta provisto de manera especialmente preferida en el interior con un revestimiento, que tiene la forma de un cono circular recto dispuesto sobre la punta como forma superficial vuelta hacia dentro.
  4. 4. - Deposito de almacenamiento (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que esta prevista una capa de separacion mecanica entre la cascara interior (2) y la capa de aislamiento termico (3).
  5. 5. - Deposito de almacenamiento (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que a altas temperaturas del fluido (5), solamente a lo largo de algunas pocas generatrices del cono circular recto estan previstas acanaladuras para la compensacion de oscilaciones en la dilatacion termica del material de la cascara interior (2).
  6. 6. - Deposito de almacenamiento (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el angulo de apertura del cono circular recto que forma la cascara interior (2) esta en el intervalo de 65° a 75°.
  7. 7. - Deposito de almacenamiento (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que la cascara interior (2) esta configurada adecuada para el almacenamiento de un fluido clorado (5), en particular de una sal lfquida clorada (5).
  8. 8. - Utilizacion de un deposito de almacenamiento (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 7 para el almacenamiento de energfa solar, convertida en una central termica solar, en forma de un fluido caliente (5), con preferencia de una sal lfquida caliente (5) con una temperatura en el intervalo de 500°C a 650°C, con preferencia de 570°C a 600°C, especialmente preferido 590°C.
  9. 9. - Utilizacion de un deposito de almacenamiento (1) segun una de las reivindicaciones 1 a 8 como inserto en un deposito de almacenamiento convencional configurado, por ejemplo en forma de un cilindro.
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