BR112019013446B1 - Método e sistema relacionados ao uso de ar externo para controle de inventário de um sistema de ciclo termodinâmico fechado ou sistema de armazenamento de energia - Google Patents

Abstract

Sistemas e métodos relacionados ao uso de ar externo para controle de estoque de um sistema fechado de ciclo termodinâmico ou sistema de armazenamento de energia, como um sistema de ciclo reversível de Brayton, são divulgados. Um método pode envolver, em um sistema de ciclo fechado operando em um modo de geração de energia, circulando um fluido de trabalho pode através de um caminho fluido ciclo fechado. O trajeto fluido do ciclo fechado pode incluir uma perna de alta pressão e uma perna de baixa pressão. O método pode envolver ainda mais em resposta a uma demanda de aumento da geração de energia, compressão e desumidificação do ar ambiental. E o método pode envolver injetando o ar ambiental comprimido e desumidificado no pé da baixa pressão.

Description

REFERÊNCIA CRUZADA PARA PEDIDO RELACIONADO

[001] Este pedido reivindica prioridade para o Pedido de Patente dos EUA No. 15/394.572, depositado em 29 de dezembro de 2016, que é incorporado aqui por referência em sua totalidade.

FUNDAMENTOS

[002] Em um motor de calor ou bomba de calor, um permutador de calor pode ser empregado para transferir calor entre um material de armazenamento térmico e um fluido de trabalho para uso com turbomáquinas. O motor de calor pode ser reversível, por exemplo, pode também ser uma bomba de calor, e o fluido de trabalho e o permutador de calor podem ser utilizados para transferir calor ou frio para uma pluralidade de reservas térmicas. A energia térmica dentro de um determinado sistema pode ser armazenada em várias formas e em uma variedade de recipientes, incluindo vasos de pressão e/ou vasos isolados.

SUMÁRIO

[003] Um sistema de ciclo termodinâmico fechado ou sistema de armazenamento de energia, tal como um sistema de ciclo de Brayton reversível, pode incluir pelo menos um fluido de trabalho circulado através de um percurso de fluido de ciclo fechado incluindo pelo menos dois permutadores de calor, uma turbina e um compressor. O percurso de fluido de ciclo fechado pode incluir uma perna de alta pressão e uma perna de baixa pressão. Pelo menos dois reservatórios de temperatura podem cada um conter um meio de armazenamento térmico que pode ser bombeado através dos permutadores de calor, fornecendo e/ou extraindo energia térmica do fluido de trabalho. Um motor/gerador pode ser usado para obter trabalho a partir da energia térmica no sistema, preferivelmente gerando eletricidade a partir da energia mecânica recebida a partir da turbina.

[004] O sistema pode ainda incluir um segundo compressor acoplado à perna de baixa pressão e configurado para, sob demanda, comprimir ar ambiente e injetar o ar ambiente comprimido na perna de baixa pressão. Beneficamente, a injeção do ar ambiente comprimido na perna de baixa pressão pode ser usada para controlar a energia do sistema.

[005] Exemplos de métodos podem incluir em um sistema de ciclo fechado operando em um modo de geração de energia, circular um fluido de trabalho através de um percurso de fluido de ciclo fechado incluindo, em sequência, um compressor, um permutador de calor de lado quente, uma turbina e um permutador de calor de lado frio, em que o percurso de fluido de ciclo fechado compreende uma perna de alta pressão e uma perna de baixa pressão; em resposta a uma demanda por maior geração de energia, comprimir e desumidificar o ar ambiente; e injetar o ar ambiente comprimido e desumidificado na perna de baixa pressão.

[006] Exemplos de métodos podem incluir em um sistema de ciclo fechado em um modo de geração de energia, circular um fluido de trabalho através de um percurso de fluido de ciclo fechado incluindo, em sequência, um compressor, um permutador de calor de lado quente, uma turbina e um permutador de calor de lado frio, o percurso de fluido de ciclo fechado compreende uma perna de alta pressão e uma perna de baixa pressão, e em que o sistema de ciclo fechado é configurado para contatar termicamente o fluido de trabalho circulando através do permutador de calor de lado frio com um meio de armazenamento térmico de lado frio ("CTS"); em resposta a uma demanda por geração de energia reduzida, expelir fluido de trabalho a partir do percurso de fluido de ciclo fechado através de uma válvula de expansão, desse modo arrefecendo o fluido de trabalho expelido; e contatar termicamente o fluido de trabalho expelido com uma porção do meio de CTS.

[007] Exemplos de sistemas podem incluir um primeiro compressor; um permutador de calor de lado quente; uma turbina; um permutador de calor de lado frio; um fluido de trabalho circulando em um percurso de fluido de ciclo fechado através, em sequência, do primeiro compressor, do permutador de calor de lado quente, da turbina e do permutador de calor de lado frio, em que o percurso de fluido de ciclo fechado compreende uma perna de alta pressão e uma perna de baixa pressão; e um segundo compressor acoplado à perna de baixa pressão e configurado para, sob demanda, comprimir ar ambiente e injetar o ar ambiente comprimido na perna de baixa pressão.

[008] Exemplos de sistemas podem incluir um primeiro compressor; um permutador de calor de lado quente; uma turbina; um permutador de calor de lado frio; um fluido de trabalho circulando em um percurso de fluido de ciclo fechado através, em sequência, do primeiro compressor, do permutador de calor de lado quente, da turbina e do permutador de calor de lado frio, em que o percurso de fluido de ciclo fechado compreende uma perna de alta pressão e uma perna de baixa pressão; um meio de armazenamento térmico de lado frio (“CTS”), em que o sistema é configurado para contatar termicamente o fluido de trabalho circulando através do permutador de calor de lado frio com o meio de CTS; uma válvula de expansão configurada para expelir o fluido de trabalho a partir do percurso de fluido de ciclo fechado; e um permutador de calor auxiliar configurado para contatar termicamente o fluido de trabalho expelido com pelo menos uma porção do meio de CTS.

[009] Exemplo de meio legível por computador não transitório pode incluir instruções armazenadas no mesmo executáveis por um dispositivo de computação para fazer com que o dispositivo de computação execute funções, as funções incluem em um sistema de ciclo fechado operando em um modo de geração de energia, circular um fluido de trabalho através de um percurso de fluido de ciclo fechado incluindo, em sequência, um compressor, um permutador de calor de lado quente, uma turbina e um permutador de calor de lado frio, em que o percurso de fluido de ciclo fechado compreende uma perna de alta pressão e uma perna de baixa pressão; em resposta a uma demanda por maior geração de energia, comprimir e desumidificar o ar ambiente; e injetar o ar ambiente comprimido e desumidificado na perna de baixa pressão.

[0010] Exemplo de meio legível por computador não transitório pode incluir instruções armazenadas no mesmo executáveis por um dispositivo de computação para fazer com que o dispositivo de computação execute funções, as funções incluem em um sistema de ciclo fechado em um modo de geração de energia, circular um fluido de trabalho através de um percurso de fluido de ciclo fechado incluindo, em sequência, um compressor, um permutador de calor de lado quente, uma turbina e um permutador de calor de lado frio, em que o percurso de fluido de ciclo fechado compreende uma perna de alta pressão e uma perna de baixa pressão, e em que o sistema de ciclo fechado é configurado para contatar termicamente o fluido de trabalho circulando através do permutador de calor de lado frio com um meio de armazenamento térmico de lado frio (“CTS”); em resposta a uma demanda por geração de energia reduzida, expelir fluido de trabalho a partir do percurso de fluido de ciclo fechado através de uma válvula de expansão, desse modo arrefecendo o fluido de trabalho expelido; e contatar termicamente o fluido de trabalho expelido com uma porção do meio de CTS.

[0011] Exemplos de sistemas podem incluir em um sistema de ciclo fechado operando em um modo de geração de energia, meios para circular um fluido de trabalho através de um percurso de fluido de ciclo fechado incluindo, em sequência, um compressor, um permutador de calor de lado quente, uma turbina e um permutador de calor de lado frio, em que o percurso de fluido de ciclo fechado compreende uma perna de alta pressão e uma perna de baixa pressão; meios em resposta a uma demanda por maior geração de energia, comprimir e desumidificar o ar ambiente; e meios para injetar o ar ambiente comprimido e desumidificado na perna de baixa pressão.

[0012] Exemplos de sistemas podem incluir em um sistema de ciclo fechado em um modo de geração de energia, meios para circular um fluido de trabalho através de um percurso de fluido de ciclo fechado incluindo, em sequência, um compressor, um permutador de calor de lado quente, uma turbina e um permutador de calor de lado frio, em que o percurso de fluido de ciclo fechado compreende uma perna de alta pressão e uma perna de baixa pressão, e em que o sistema de ciclo fechado é configurado para contatar termicamente o fluido de trabalho circulando através do permutador de calor de lado frio com um meio de armazenamento térmico de lado frio (“CTS”); meios para em resposta a uma demanda por menor produção de energia, expelir fluido de trabalho a partir do percurso de fluido de ciclo fechado através de uma válvula de expansão, desse modo arrefecendo o fluido de trabalho expelido; e meios para contatar termicamente o fluido de trabalho expelido com uma porção do meio de CTS.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0013] A Figura 1 ilustra esquematicamente a operação de um sistema de armazenamento elétrico térmico bombeado.

[0014] A Figura 2 é um fluxograma esquemático de fluido de trabalho e meio de armazenamento de calor de um sistema térmico bombeado em um modo de carga/bomba de calor.

[0015] A Figura 3 é um fluxograma esquemático de fluido de trabalho e meio de armazenamento de calor de um sistema térmico bombeado em um modo de descarga/motor de calor.

[0016] A Figura 4 é um diagrama esquemático de pressão e temperatura do fluido de trabalho à medida que sofre o ciclo de carga na Figura 2.

[0017] A Figura 5 é um diagrama esquemático de pressão e temperatura do fluido de trabalho à medida que sofre o ciclo de descarga na Figura 3.

[0018] A Figura 6 é uma vista em perspectiva esquemática de um sistema de fluido de trabalho fechado no sistema térmico bombeado nas Figuras 2-3.

[0019] A Figura 7 é uma vista esquemática em perspectiva do sistema térmico bombeado nas Figuras 2-3 com tanques de armazenamento de lado quente e lado frio e um sistema de fluido de trabalho de ciclo fechado.

[0020] A Figura 8 mostra um ciclo de carga de armazenamento de calor para um sistema de sal fundido/água nc = 0,9 e nt = 0,95. As linhas tracejadas correspondem a nc = nt = 1.

[0021] A Figura 9 mostra um ciclo de descarga (extração) de armazenamento de calor para o sistema de sal fundido/água na Figura 8 com nc = 0,9 e nt = 0,95. As linhas tracejadas correspondem a nc = nt = 1.

[0022] A Figura 10 mostra um ciclo de armazenamento de calor em um sistema térmico bombeado com taxas de compressão variáveis entre os ciclos de carga e descarga.

[0023] A Figura 11 mostra os contornos de eficiência de ida e volta para um sistema de água/sal. Os símbolos representam um intervalo aproximado dos valores de eficiência adiabática da turbomáquinas atuais. As setas tracejadas representam a direção do aumento de eficiência.

[0024] A Figura 12 mostra contornos de eficiência de ida e volta para um sistema de armazenamento/sal mais frio. Os símbolos representam um intervalo aproximado dos valores de eficiência adiabática da turbomáquinas atuais.

[0025] A Figura 13 é um fluxograma esquemático de fluido de trabalho e meio de armazenamento de calor de um sistema térmico bombeado com um permutador de calor gás-gás para o fluido de trabalho em um modo de carga/bomba de calor.

[0026] A Figura 14 é um fluxograma esquemático de fluido de trabalho e meio de armazenamento de calor de um sistema térmico bombeado com um permutador de calor gás-gás para o fluido de trabalho em um modo de descarga/motor de calor.

[0027] A Figura 15 é um fluxograma esquemático de fluido de trabalho e meio de armazenamento de calor de um sistema térmico bombeado com um permutador de calor gás-gás para o fluido de trabalho em um modo de carga/bomba de calor com rejeição de calor indireta para o ambiente.

[0028] A Figura 16 é um fluxograma esquemático de fluido de trabalho e meio de armazenamento de calor de um sistema térmico bombeado com um permutador de calor gás-gás para o fluido de trabalho em um modo de descarga/motor de calor com rejeição de calor indireta para o ambiente.

[0029] A Figura 17 mostra um ciclo de carga de armazenamento de calor para um sistema de armazenamento com um permutador de calor gás-gás, um meio de armazenamento de lado frio capaz de descer a temperaturas significativamente abaixo da temperatura ambiente e nc= 0,9 e nt= 0,95.

[0030] A Figura 18 mostra um ciclo de descarga de armazenamento de calor para um sistema de armazenamento com um permutador de calor gás-gás, um meio de armazenamento de lado frio capaz de descer a temperaturas significativamente abaixo da temperatura ambiente e nc = 0,9 e nt = 0,95.

[0031] A Figura 19 é um fluxograma esquemático de recarga de lado quente em um ciclo de calor bombeado em modo solar com aquecimento de um sal solar apenas por energia solar.

[0032] A Figura 20 é um fluxograma esquemático de um ciclo de descarga de um sistema térmico bombeado com rejeição de calor para ambiente.

[0033] A Figura 21 é um fluxograma esquemático de um ciclo de descarga de um sistema térmico bombeado com rejeição de calor para um fluido intermediário circulado em um banho térmico à temperatura ambiente.

[0034] As Figuras 22 e 23 são sistemas térmicos bombeados com pares de compressor/turbina separados para os modos de carga e descarga.

[0035] As Figuras 24 e 25 mostram sistemas térmicos bombeados configurados em um modo de geração de entrada de calor de combustão.

[0036] A Figura 26 é um fluxograma esquemático de recarga de lado quente em um ciclo de calor bombeado através de aquecimento por uma fonte de calor de combustão ou uma fonte de calor residual.

[0037] A Figura 27 mostra um exemplo de um sistema térmico bombeado com controle de energia regulado por pressão.

[0038] A Figura 28 mostra um exemplo de um sistema térmico bombeado com um gerador encapsulado de pressão.

[0039] A Figura 29 é um exemplo de estatores variáveis em um par de compressor/turbina.

[0040] A Figura 30 mostra um sistema de computador que é programado para implementar vários métodos e/ou regular vários sistemas da presente divulgação.

[0041] A Figura 31 ilustra um sistema de controle de inventário, de acordo com uma modalidade de exemplo.

[0042] A Figura 32 ilustra um método de controle de inventário, de acordo com uma modalidade de exemplo.

[0043] A Figura 33 ilustra um método de controle de inventário, de acordo com uma modalidade de exemplo.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[0044] Embora várias modalidades da invenção tenham sido mostradas e descritas aqui, será óbvio para os especialistas na técnica que tais modalidades são fornecidas apenas a título de exemplo. Numerosas variações, alterações e substituições podem ocorrer aos peritos na técnica sem se afastar da invenção. Deve ser entendido que podem ser empregues várias alternativas às modalidades da invenção aqui descritas. Deve ser entendido que diferentes aspectos da invenção podem ser apreciados individualmente, coletivamente ou em combinação uns com os outros.

[0045] Deve ser entendido que a terminologia aqui utilizada é utilizada com o objetivo de descrever modalidades específicas, e não pretende limitar o âmbito da presente invenção. Deve ser notado que, como usado aqui, as formas singulares de “um”, “uma” e “o” incluem referências plurais, a menos que o contexto dite claramente o contrário. Além disso, salvo indicação em contrário, todos os termos técnicos e científicos aqui utilizados têm o mesmo significado que é normalmente entendido por um especialista na técnica à qual essa invenção pertence.

[0046] Embora as modalidades preferidas da presente invenção sejam aqui mostradas e descritas, será óbvio para os especialistas na técnica que tais modalidades são fornecidas apenas a título de exemplo. Numerosas variações, alterações e substituições ocorrerão agora aos peritos na técnica sem se afastar da invenção. Deve ser entendido que várias alternativas às modalidades da invenção aqui descritas podem ser empregues na prática da invenção. Pretende-se que as reivindicações seguintes definam o âmbito da invenção e que os métodos e estruturas dentro do âmbito destas reivindicações e seus equivalentes sejam abrangidos por este meio.

[0047] O termo “reversível”, como usado aqui, geralmente se refere a um processo ou operação que pode ser revertida através de mudanças infinitesimais em alguma propriedade do processo ou operação sem produção substancial de entropia (por exemplo, dissipação de energia). Um processo reversível pode ser aproximado por um processo que está em equilíbrio termodinâmico. Em alguns exemplos, em um processo reversível, a direção do fluxo de energia é reversível. Como alternativa, ou além disso, a direção geral de operação de um processo reversível (por exemplo, a direção do fluxo de fluido) pode ser revertida, como, por exemplo, do sentido horário para o anti-horário, e vice-versa.

[0048] O termo “sequência”, como usado aqui, geralmente se refere a elementos (por exemplo, operações unitárias) em ordem. Tal ordem pode se referir a ordem de processo, como, por exemplo, a ordem na qual um fluido flui de um elemento para outro. Em um exemplo, um compressor, unidade de armazenamento de calor e turbina em sequência incluem o compressor a montante da unidade de troca de calor, e a unidade de troca de calor a montante da turbina. Nesse caso, um fluido pode fluir do compressor para a unidade de troca de calor e da unidade de troca de calor para a turbina. Um fluido que flui através de operações unitárias em sequência pode fluir através das operações unitárias sequencialmente. Uma sequência de elementos pode incluir um ou mais elementos intervenientes. Por exemplo, um sistema compreendendo um compressor, unidade de armazenamento de calor e turbina em sequência pode incluir um tanque auxiliar entre o compressor e a unidade de armazenamento de calor. Uma sequência de elementos pode ser cíclica.

I. Visão geral

[0049] Um exemplo de motor de calor no qual os sistemas de controle de inventário podem ser implementados é um sistema de ciclo fechado, por exemplo, um sistema de ciclo de Brayton fechado. Um sistema de ciclo de Brayton pode usar um gerador/motor conectado a uma turbina e um compressor que atuam em um fluido de trabalho circulando no sistema. Exemplos de fluidos de trabalho incluem ar, argônio, dióxido de carbono ou misturas gasosas. Um sistema de ciclo de Brayton pode ter um lado quente e/ou um lado frio. Cada lado pode incluir um permutador de calor acoplado a um ou mais recipientes de armazenamento frios e/ou um ou mais recipientes de armazenamento quentes. De preferência, os permutadores de calor podem ser dispostos como permutadores de calor de contrafluxo para maior eficiência térmica. Pode ser utilizado meio de armazenamento térmico líquido e pode incluir, por exemplo, líquidos que são estáveis a altas temperaturas, tais como sal nitrato fundido ou sal solar, ou líquidos que são estáveis a baixas temperaturas, tais como glicóis ou alcanos tais como hexano. Para um exemplo de sistema de sal fundido e hexano, o sal fundido de lado quente pode incluir um armazenamento quente a aproximadamente 565 °C e um armazenamento frio a aproximadamente 290 °C e o hexano de lado frio pode incluir um armazenamento quente a aproximadamente 35 °C e um armazenamento frio a aproximadamente -60 °C.

[0050] Em um sistema de ciclo fechado, por exemplo, um sistema de ciclo de Brayton fechado, o fluido de trabalho pode circular através de um percurso de fluido de ciclo fechado e o percurso de fluido de ciclo fechado pode incluir uma perna de alta pressão e uma perna de baixa pressão. Pode ser desejável variar a massa de fluido (por exemplo, a quantidade de fluido de trabalho), que circula pelo percurso de fluido de ciclo fechado. Em algumas modalidades, a variação da taxa de fluxo de massa do fluido de trabalho no percurso de fluido de ciclo fechado pode variar a quantidade de energia gerada pelo sistema.

[0051] Uma modalidade de exemplo do controle de inventário em um sistema de ciclo fechado pode envolve, em resposta a uma demanda por geração de energia aumentada, comprimir e desumidificar o ar ambiente e injetar o ar ambiente comprimido e desumidificado na perna de baixa pressão. De um modo benéfico, a injeção do ar ambiente comprimido e desumidificado na perna de baixa pressão pode ser utilizada para aumentar rapidamente a produção de energia do sistema.

[0052] Em algumas implementações, o sistema pode incluir um segundo compressor e um desumidificador, cada um acoplado à perna de baixa pressão. O segundo compressor pode, sob demanda, comprimir o ar ambiente e injetar o ar ambiente comprimido na perna de baixa pressão. Além disso, o desumidificador pode desumidificar o ar ambiente antes da injeção.

[0053] Um outro exemplo de modalidade do controle de inventário em um sistema de ciclo fechado pode envolver a extração do fluido de trabalho a partir da perna de alta pressão do percurso de fluido de ciclo fechado, o armazenamento do fluido de trabalho extraído em um tanque de armazenamento de fluido de trabalho, e a injeção do fluido de trabalho extraído a partir do tanque de armazenamento de fluido de trabalho na perna de baixa pressão simultaneamente com a injeção de ar ambiente comprimido e desumidificado na perna de baixa pressão. Beneficamente, injetar o fluido de trabalho extraído a partir do tanque de armazenamento de fluido de trabalho na perna de baixa pressão simultaneamente com a injeção do ar ambiente comprimido e desumidificado na perna de baixa pressão pode aumentar rapidamente a massa adicionada ao percurso de fluido de ciclo fechado.

[0054] Um outro exemplo de modalidade do controle de inventário em um sistema de ciclo fechado pode envolver, em resposta a uma demanda de geração de energia reduzida, expelir o fluido de trabalho a partir do percurso de fluido de ciclo fechado através de uma válvula de expansão. Beneficamente, expelir o fluido de trabalho a partir do percurso de fluido de ciclo fechado pode ser usado para diminuir a produção de energia do sistema. Além disso, expelir o fluido de trabalho do percurso de fluido de ciclo fechado pode resfriar o fluido de trabalho expelido. O fluido resfriado pode então ser contatado termicamente para uma porção de um meio de armazenamento térmico de lado frio (“CTS”), fornecendo um benefício termodinâmico.

II. Motor de calor reversível ilustrativo A. Sistemas térmicos bombeados

[0055] A divulgação fornece sistemas térmicos bombeados capazes de armazenar energia elétrica e/ou calor e liberar energia (por exemplo, produzir eletricidade) em um momento posterior. Os sistemas térmicos bombeados da divulgação podem incluir um motor de calor e uma bomba de calor (ou refrigerador). Em alguns casos, o motor de calor pode ser operado ao contrário como uma bomba de calor. Em alguns casos, o motor de calor pode ser operado ao contrário como um refrigerador. Qualquer descrição dos sistemas de bomba de calor/motor de calor ou sistemas de refrigerador/motor de calor capazes de inverter a operação aqui também pode ser aplicada a sistemas que incluam sistema (s) de motor de calor, sistema (s) de bomba de calor e/ou sistema (s) de refrigerador separados e/ou reversíveis. Além disso, como as bombas de calor e refrigeradores compartilham os mesmos princípios operacionais (embora com objetivos diferentes), qualquer descrição de configurações ou operação de bombas de calor aqui também pode ser aplicada a configurações ou operação de refrigeradores, e vice-versa.

[0056] Os sistemas da presente divulgação podem operar como motores de calor ou bombas de calor (ou refrigeradores). Em algumas situações, os sistemas da divulgação podem funcionar alternadamente como motores de calor e bombas de calor. Em alguns exemplos, um sistema pode operar como um motor de calor para gerar energia e, subsequentemente, operar como uma bomba de calor para armazenar energia, ou vice-versa. Tais sistemas podem operar alternadamente e sequencialmente como motores de calor e como bombas de calor. Em alguns casos, tais sistemas operam reversível ou substancialmente reversivelmente como motores de calor como bombas de calor.

[0057] Referência será feita agora para as figuras, onde os numerais semelhantes se referem a partes iguais por toda parte. Será apreciado que as Figuras e recursos nas mesmas não são necessariamente desenhados em escala.

[0058] A Figura 1 ilustra esquematicamente os princípios operacionais do armazenamento elétrico térmico bombeado usando um sistema de armazenamento de eletricidade de bomba de calor/motor de calor. A eletricidade pode ser armazenada na forma de energia térmica de dois materiais ou meios em diferentes temperaturas (por exemplo, reservatórios de energia térmica compreendendo fluidos de armazenamento de calor ou meios de armazenamento térmico) usando um sistema de bomba de calor/motor de calor combinado. Em um modo de carga ou bomba de calor, o sistema pode consumir trabalho para transferir calor de um material ou meio frio para um material ou meio quente, diminuindo assim a temperatura (por exemplo, energia sensível) do material frio e aumentando a temperatura (isto é, energia sensível) do material quente. Em um modo de descarga ou de motor de calor, o trabalho pode ser produzido pelo sistema por transferir calor do material quente para o material frio, diminuindo assim a temperatura (isto é, energia sensível) do material quente e aumentando a temperatura (isto é, energia sensível) do material frio. O sistema pode ser configurado para garantir que o trabalho produzido pelo sistema na descarga seja uma fração favorável da energia consumida sob carga. O sistema pode ser configurado para atingir alta eficiência de ida e volta, definida aqui como o trabalho produzido pelo sistema na descarga dividido pelo trabalho consumido pelo sistema sob carga. Além disso, o sistema pode ser configurado para atingir a alta eficiência de ida e volta usando componentes de um custo desejado (por exemplo, um custo razoavelmente baixo). As setas H e W na Figura 1 representam direções de fluxo de calor e trabalho, respectivamente.

[0059] Motores de calor, bombas de calor e refrigeradores da divulgação podem envolver um fluido de trabalho para e do qual o calor é transferido durante um ciclo termodinâmico. Os motores de calor, bombas de calor e refrigeradores da divulgação podem operar em um ciclo fechado. Ciclos fechados permitem, por exemplo, uma seleção mais ampla de fluidos de trabalho, operação a pressões de lado frio elevadas, operação em temperaturas de lado frio mais baixas, maior eficiência e menor risco de danos à turbina. Um ou mais aspectos da divulgação descritos em relação a sistemas com fluidos de trabalho submetidos a ciclos fechados podem também ser aplicados a sistemas com fluidos de trabalho submetidos a ciclos abertos.

[0060] Em um exemplo, os motores de calor podem operar em um ciclo de Brayton e as bombas de calor/refrigeradores podem operar em um ciclo de Brayton reverso (também conhecido como ciclo de refrigeração de gás). Outros exemplos de ciclos termodinâmicos que o fluido de trabalho pode sofrer ou aproximar incluem o ciclo de Rankine, o ciclo de refrigeração por compressão de vapor ideal, o ciclo de Stirling, o ciclo de Ericsson ou qualquer outro ciclo vantajosamente empregado em conjunto com troca de calor com fluidos de armazenamento de calor da divulgação.

[0061] O fluido de trabalho pode sofrer um ciclo termodinâmico operando em um, dois ou mais níveis de pressão. Por exemplo, o fluido de trabalho pode operar em um ciclo fechado entre um limite de baixa pressão em um lado frio do sistema e um limite de alta pressão em um lado quente do sistema. Em algumas implementações, um limite de baixa pressão de cerca de 10 atmosferas (atm) (1,01325 MPa) ou maior pode ser usado. Em alguns casos, o limite de baixa pressão pode ser pelo menos cerca de 1 atm (0,101325 MPa), pelo menos cerca de 2 atm (0,20265 MPa), pelo menos cerca de 5 atm (0,506625 MPa), pelo menos cerca de 10 atm (1,01325 MPa), pelo menos cerca de 15 atm (1,51988 MPa), pelo menos cerca de 20 atm (2,0265 MPa), pelo menos cerca de 30 atm (3,03975 MPa), pelo menos cerca de 40 atm (4,053 MPa), pelo menos cerca de 60 atm (6,0795 MPa), pelo menos cerca de 80 atm (8,106 MPa), pelo menos cerca de 100 atm (10,1325 MPa), pelo menos cerca de 120 atm (12,159 MPa), pelo menos cerca de 160 atm (16,212 MPa), ou pelo menos cerca de 200 atm (20,265 MPa), 500 atm (50,6625 MPa), 1000 atm (101,325 MPa), ou mais. Em alguns casos, um limite de baixa pressão subatmosférica pode ser usado. Por exemplo, o limite de baixa pressão pode ser inferior a cerca de 0,1 atm (0,0101325 MPa), inferior a cerca de 0,2 atm (0,020265 MPa), inferior a cerca de 0,5 atm (0,0506625 MPa) ou inferior a cerca de 1 atm (0,101325 MPa). Em alguns casos, o limite de baixa pressão pode ser de cerca de 1 atmosfera (atm) (0,101325 MPa). No caso de um fluido de trabalho operando em um ciclo aberto, o limite de baixa pressão pode ser de cerca de 1 atm (0,101325 MPa) ou igual à pressão ambiente.

[0062] Em alguns casos, o valor do limite de baixa pressão pode ser selecionado com base nos requisitos de saída de energia e/ou entrada de energia desejados do ciclo termodinâmico. Por exemplo, um sistema térmico bombeado com um limite de baixa pressão de cerca de 10 atm (1,01325 MPa) pode ser capaz de fornecer uma saída de energia comparável a uma turbina a gás industrial com entrada de ar ambiente (1 atm). O valor do limite de baixa pressão também pode estar sujeito a compensações de custo/segurança. Além disso, o valor do limite de baixa pressão pode ser limitado pelo valor do limite de alta pressão, os intervalos de operação de lado quente e do meio de armazenamento de calor (por exemplo, intervalos de pressão e temperatura sobre os quais os meios de armazenamento de calor são estáveis), taxas de pressão e condições operacionais (por exemplo, limites de operação, condições ótimas de operação, queda de pressão) alcançadas por turbomáquinas e/ou outros componentes do sistema, ou qualquer combinação dos mesmos. O limite de alta pressão pode ser determinado de acordo com essas restrições do sistema. Em alguns casos, valores mais altos do limite de alta pressão podem levar a uma melhor transferência de calor entre o fluido de trabalho e o meio de armazenamento de lado quente.

[0063] Fluidos de trabalho utilizados em sistemas térmicos bombeados podem incluir ar, argônio, outros gases nobres, dióxido de carbono, hidrogênio, oxigênio, ou qualquer combinação dos mesmos, e/ou outros fluidos em estado gasoso, líquido, crítico, ou estado supercrítico (por exemplo, CO2 supercrítico). O fluido de trabalho pode ser um gás ou um líquido de baixa viscosidade (por exemplo, viscosidade abaixo de cerca de 500x10-6 Poise a 1 atm (0,101325 MPa)), satisfazendo a exigência de que o fluxo seja contínuo. Em algumas implementações, um gás com uma alta taxa específica de calor pode ser usado para alcançar maior eficiência de ciclo do que um gás com uma baixa taxa de calor específico. Por exemplo, o argônio (por exemplo, razão de calor específica de cerca de 1,66) pode ser usado para substituir o ar (por exemplo, razão de calor específica de cerca de 1,4). Em alguns casos, o fluido de trabalho pode ser uma mistura de um, dois, três ou mais fluidos. Em um exemplo, o hélio (com alta condutividade térmica e alto calor específico) pode ser adicionado ao fluido de trabalho (por exemplo, argônio) para melhorar as taxas de transferência de calor nos permutadores de calor.

[0064] Aqui, os sistemas térmicos bombeados podem utilizar meios ou materiais de armazenamento de calor, tais como um ou mais fluidos de armazenamento de calor. Os meios de armazenamento de calor podem ser gases ou líquidos de baixa viscosidade, satisfazendo a exigência de que o fluxo seja contínuo. Os sistemas podem utilizar um primeiro meio de armazenamento de calor em um lado quente do sistema (“meio de armazenamento térmico de lado quente (HTS)” ou “HTS” aqui) e um segundo meio de armazenamento de calor em um lado frio do sistema (“meio de armazenamento térmico de lado frio (CTS) ”ou “CTS” aqui). Os meios de armazenamento térmico (por exemplo, líquidos de baixa viscosidade) podem ter altas capacidades de calor por unidade de volume (por exemplo, capacidades de calor acima de 1400 Joule (quilograma Kelvin)- 1) e altas condutividades térmicas (por exemplo, condutividade térmica acima de 0,7 Watt Kelvin)-1). Em algumas implementações, vários meios de armazenamento térmico diferentes (também "meio de armazenamento de calor" aqui) ou no lado quente, no lado frio ou no lado quente e no lado frio podem ser usados.

[0065] As temperaturas de operação do meio de armazenamento térmico de lado quente podem estar no intervalo líquido do meio de armazenamento térmico de lado quente, e as temperaturas de operação do meio de armazenamento térmico de lado frio podem estar no intervalo líquido do meio de armazenamento térmico de lado frio. Em alguns exemplos, os líquidos podem permitir uma troca mais rápida de grandes quantidades de calor por contra-fluxo convectivo do que sólidos ou gases. Assim, em alguns casos, os meios de HTS e CTS líquidos podem ser utilizados com vantagem. Os sistemas térmicos bombeados que utilizam aqui meios de armazenamento térmico podem, vantajosamente, fornecer uma alternativa de armazenamento de energia segura, não tóxica e independente da geografia (por exemplo, eletricidade).

[0066] Em algumas implementações, o meio de armazenamento térmico de lado quente pode ser um sal fundido ou uma mistura de sais fundidos. Qualquer sal ou mistura de sal que seja líquida ao longo do intervalo de temperatura de operação do meio de armazenamento térmico de lado quente pode ser empregue. Os sais fundidos podem fornecer inúmeras vantagens como meio de armazenamento de energia térmica, como baixa pressão de vapor, falta de toxicidade, estabilidade química, baixa reatividade química com aços típicos (por exemplo, ponto de fusão abaixo da temperatura de fluência dos aços, baixa corrosividade, baixa capacidade de dissolução ferro e níquel) e baixo custo. Em um exemplo, o HTS é uma mistura de nitrato de sódio e nitrato de potássio. Em alguns exemplos, o HTS é uma mistura eutética de nitrato de sódio e nitrato de potássio. Em alguns exemplos, o HTS é uma mistura de nitrato de sódio e nitrato de potássio com um ponto de fusão mais baixo do que os constituintes individuais, um ponto de ebulição mais alto do que os constituintes individuais ou uma combinação destes. Outros exemplos incluem nitrato de potássio, nitrato de cálcio, nitrato de sódio, nitrito de sódio, nitrato de lítio, óleo mineral, ou qualquer combinação destes. Exemplos adicionais incluem quaisquer meios gasosos (incluindo gases comprimidos), líquidos ou sólidos (por exemplo, sólidos em pó) com capacidades de armazenamento térmico adequadas (por exemplo, altas) e/ou capazes de atingir taxas de transferência de calor adequadas (por exemplo, altas) com o fluido de trabalho. Por exemplo, uma mistura de 60% de nitrato de sódio e 40% de nitrato de potássio (também conhecido como sal solar em algumas situações) pode ter uma capacidade térmica de aproximadamente 1500 Joule (Kelvin mole)-1 e uma condutividade térmica de aproximadamente 0,75 Watt (metro Kelvin)-1 dentro de um intervalo de temperatura de interesse. O meio de armazenamento térmico de lado quente pode ser operado em um intervalo de temperatura que os aços estruturais podem manipular.

[0067] Em alguns casos, a água líquida a temperaturas de cerca de 0 °C a 100 °C (cerca de 273 K-373 K) e uma pressão de cerca de 1 atm (0,101325 MPa) pode ser utilizada como meio de armazenamento térmico de lado frio. Devido a um possível risco de explosão associado à presença de vapor no ponto de ebulição da água, ou perto dele, a temperatura de operação pode ser mantida abaixo de 100 °C ou menos, mantendo uma pressão operacional de 1 atm (0,101325 MPa)(sem pressurização). Em alguns casos, o intervalo operacional de temperatura do meio de armazenamento térmico de lado frio pode ser estendido (por exemplo, a -30 °C a 100 °C a 1 atm (0,101325 MPa)) usando uma mistura de água e um ou mais compostos anticongelantes (por exemplo, etilenoglicol, propilenoglicol ou glicerol).

[0068] Como descrito em maior detalhe em outras partes deste documento, a eficiência de armazenamento melhorada pode ser conseguida aumentando a diferença de temperatura à qual o sistema opera, por exemplo, utilizando um fluido de armazenamento de calor de lado frio capaz de funcionar a temperaturas mais baixas. Em alguns exemplos, o meio de armazenamento térmico de lado frio pode compreender hidrocarbonetos, tais como, por exemplo, alcanos (por exemplo, hexano ou heptano), alcenos, alcinos, aldeídos, cetonas, ácidos carboxílicos (por exemplo, HCOOH), éteres, cicloalcanos, hidrocarbonetos aromáticos, álcoois (por exemplo, butanol), outro(s) tipo(s) de moléculas de hidrocarbonetos, ou quaisquer combinações destes. Em alguns casos, o meio de armazenamento térmico de lado frio pode ser hexano (por exemplo, n-hexano). O hexano tem um amplo intervalo líquido e pode permanecer fluido (ou seja, líquido) em todo seu intervalo líquido (-94 °C a 68 °C em 1 atm (0,101325 MPa)). Propriedades de baixa temperatura dos hexanos são auxiliadas pela sua imiscibilidade com a água. Outros líquidos, tais como, por exemplo, etanol ou metanol, podem tornar-se viscosos nas extremidades de baixa temperatura dos seus intervalos líquidos devido à pré- cristalização da água absorvida pelo ar. Em alguns casos, o meio de armazenamento térmico de lado frio pode ser heptano (por exemplo, n-heptano). O heptano tem um amplo intervalo líquido e pode permanecer fluido (ou seja, líquido) em todo seu intervalo líquido (-91 °C a 98 °C em 1 atm (0,101325 MPa)). As propriedades de baixa temperatura do heptano são auxiliadas pela sua imiscibilidade com a água. Em temperaturas ainda mais baixas, outros meios de armazenamento de calor podem ser usados, como, por exemplo, isohexano (2-metilpentano). Em alguns exemplos, líquidos criogênicos com pontos de ebulição abaixo de -150 °C (123 K) ou cerca de -180 °C (93,15 K) podem ser usados como meio de armazenamento térmico de lado frio (por exemplo, propano, butano, pentano, nitrogênio, hélio, néon, argônio e criptônio, ar, hidrogênio, metano ou gás natural liquefeito). Em algumas implementações, a escolha do meio de armazenamento térmico de lado frio pode ser limitada pela escolha do fluido de trabalho. Por exemplo, quando é utilizado um fluido de trabalho gasoso, pode ser necessário um meio de armazenamento térmico de lado frio do líquido tendo um intervalo de temperatura de líquido pelo menos parcialmente ou substancialmente acima do ponto de ebulição do fluido de trabalho.

[0069] Em alguns casos, o intervalo de temperatura de operação dos meios de CTS e/ou HTS pode ser alterado por pressurizar (ou seja, aumentando a pressão) ou evacuar (isto é, diminuindo a pressão) os tanques e assim alterar a temperatura na qual os meios de armazenamento passam por transições de fase (por exemplo, indo de líquido para sólido, ou de líquido para gás).

[0070] Em alguns casos, os fluidos de armazenamento de calor de lado quente e de lado frio dos sistemas térmicos bombeados estão em um estado líquido em pelo menos uma parte do intervalo de temperatura de operação do dispositivo de armazenamento de energia. O fluido de armazenamento de calor de lado quente pode ser líquido dentro de um determinado intervalo de temperaturas. Da mesma forma, o fluido de armazenamento de calor de lado frio pode ser líquido dentro de um determinado intervalo de temperaturas. Os fluidos de armazenamento de calor podem ser aquecidos, resfriados ou mantidos para atingir uma temperatura operacional adequada antes, durante ou após a operação.

[0071] Sistemas térmicos bombeados da divulgação podem circular entre os modos carregado e descarregado. Em alguns exemplos, os sistemas térmicos bombeados podem ser totalmente carregados, parcialmente carregados ou parcialmente descarregados, ou totalmente descarregados. Em alguns casos, o armazenamento de calor no lado frio pode ser carregado (também "recarregado" aqui) independentemente do armazenamento de calor de lado quente. Além disso, em algumas implementações, a carga (ou parte dela) e a descarga (ou parte dela) podem ocorrer simultaneamente. Por exemplo, uma primeira porção de um armazenamento de calor de lado quente pode ser recarregada enquanto uma segunda porção do armazenamento de calor de lado quente juntamente com um armazenamento de calor de lado frio estão sendo descarregados.

[0072] Os sistemas térmicos bombeados podem ser capazes de armazenar energia por um determinado período de tempo. Em alguns casos, uma dada quantidade de energia pode ser armazenada durante pelo menos cerca de 1 segundo, pelo menos cerca de 30 segundos, pelo menos cerca de 1 minuto, pelo menos cerca de 5 minutos, pelo menos cerca de 30 minutos, pelo menos cerca de 1 hora, pelo menos cerca de 2 horas, pelo menos cerca de 3 horas, pelo menos cerca de 4 horas, pelo menos cerca de 5 horas, pelo menos cerca de 6 horas, pelo menos cerca de 7 horas, pelo menos cerca de 8 horas, pelo menos cerca de 9 horas 10 horas, pelo menos cerca de 12 horas pelo menos cerca de 14 horas, pelo menos cerca de 16 horas, pelo menos cerca de 18 horas, pelo menos cerca de 20 horas, pelo menos cerca de 22 horas, pelo menos cerca de 24 horas (1 dia), pelo menos cerca de 2 dias, pelo menos cerca de 4 dias, pelo menos cerca de 6 dias, pelo menos cerca de 8 dias, pelo menos cerca de 10 dias, 20 dias, 30 dias, 60 dias, 100 dias, 1 ano ou mais.

[0073] Os sistemas térmicos bombeados da divulgação podem ser capazes de armazenar/receber entrada de, e/ou extrair/fornecer saída de uma quantidade substancialmente grande de energia e/ou potência para uso com sistemas de geração de energia (por exemplo, sistemas de geração de energia intermitentes como energia eólica ou energia solar), sistemas de distribuição de energia (por exemplo, rede elétrica) e/ou outras cargas ou usos em escala de grade ou configurações independentes. Durante um modo de carga de um sistema térmico bombeado, a energia elétrica recebida de uma fonte de energia externa (por exemplo, um sistema de energia eólica, um sistema de energia solar fotovoltaica, uma rede elétrica, etc.) pode ser usada para operar o sistema térmico bombeado em um modo de bomba de calor (ou seja, transferir calor de um reservatório de baixa temperatura para um reservatório de alta temperatura, assim armazenando energia). Durante um modo de descarga do sistema térmico bombeado, o sistema pode fornecer energia elétrica a um sistema de energia externo ou carga (por exemplo, uma ou mais redes elétricas conectadas a uma ou mais cargas, uma carga, como uma fábrica ou um processo de energia intensiva, etc.) operando em modo de motor de calor (ou seja, transferindo calor de um reservatório de alta temperatura para um reservatório de baixa temperatura, assim extraindo energia). Como descrito aqui, durante a carga e/ou descarga, o sistema pode receber ou rejeitar energia térmica, incluindo, mas não limitado a energia eletromagnética (por exemplo, radiação solar) e energia térmica (por exemplo, energia sensível a partir de um meio aquecido por radiação solar, calor de combustão, etc.).

[0074] Em algumas implementações, os sistemas térmicos bombeados são síncronos à grade. A sincronização pode ser conseguida combinando a velocidade e a frequência de motores/geradores e/ou turbomáquinas de um sistema com a frequência de uma ou mais redes de grade com as quais o sistema troca energia. Por exemplo, um compressor e uma turbina podem girar em uma determinada velocidade fixa (por exemplo, 3600 rotações por minuto (rpm)) que é um múltiplo da frequência da grade (por exemplo, 60 hertz (Hz)). Em alguns casos, essa configuração pode eliminar a necessidade de componentes eletrônicos de energia adicionais. Em algumas implementações, a turbomáquina e/ou os motores/geradores não são sincronizados à grade. Em tais casos, a correspondência de frequência pode ser realizada através do uso de eletrônica de energia. Em algumas implementações, a turbomáquina e/ou os motores/geradores não são diretamente síncronos à rede, mas podem ser combinados através do uso de engrenagens e/ou uma caixa de engrenagens mecânica. Como descrito em maior detalhe em outro local, os sistemas térmicos bombeados podem também ser passáveis (“rampable”). Tais capacidades podem permitir que esses sistemas de armazenamento de energia de escala de grade operem como plantas de energia de pico e/ou como carga após usinas de energia. Em alguns casos, os sistemas da divulgação podem ser capazes de operar como plantas de energia de carga de base.

[0075] Os sistemas térmicos bombeados podem ter uma determinada capacidade de energia. Em alguns casos, a capacidade de energia durante a carga pode diferir da capacidade de energia durante a descarga. Por exemplo, cada sistema pode ter uma capacidade de carga e/ou descarga de menos de 1 megawatt (MW), pelo menos cerca de 1 megawatt, pelo menos cerca de 2 MW, pelo menos cerca de 3 MW, pelo menos cerca de 4 MW, pelo menos cerca de 5 MW, pelo menos cerca de 6 MW, pelo menos cerca de 7 MW, pelo menos cerca de 8 MW, pelo menos cerca de 9 MW, pelo menos cerca de 10 MW, pelo menos 20 MW, pelo menos cerca de 30 MW, pelo menos 40 MW, pelo menos cerca de 50 MW, pelo menos cerca de 75 MW, pelo menos cerca de 100 MW, pelo menos cerca de 200 MW, pelo menos cerca de 500 MW, pelo menos 1 gigawatt (GW), pelo menos 2 GW, pelo menos cerca de 5 GW, pelo menos cerca de 10 GW, pelo menos cerca de 20 GW, pelo menos cerca de 30 GW, pelo menos cerca de 40 GW, pelo menos cerca de 50 GW, pelo menos cerca de 75 GW, pelo menos cerca de 100 GW, ou mais.

[0076] Os sistemas térmicos bombeados podem ter uma determinada capacidade de armazenamento de energia. Em um exemplo, um sistema térmico bombeado é configurado como uma unidade de 100 MW operando por 10 horas. Em outro exemplo, um sistema térmico bombeado é configurado como uma planta de 1 GW operando por 12 horas. Em alguns casos, a capacidade de armazenamento de energia pode ser inferior a 1 megawatt-hora (MWh), pelo menos cerca de 1 megawatt-hora, pelo menos cerca de 10 MWh, pelo menos cerca de 100 MWh, pelo menos 1 gigawatt hora (GWh) pelo menos cerca de 5 GWh, pelo menos cerca de 10 GWh, pelo menos cerca de 20 GWh, pelo menos 50 GWh, pelo menos cerca de 100 GWh, pelo menos cerca de 200 GWh, pelo menos cerca de 500 GWh, pelo menos cerca de 700 GWh, pelo menos GWh ou mais.

[0077] Em alguns casos, uma dada capacidade de energia pode ser obtida com um determinado tamanho, configuração e/ou condições operacionais do ciclo do motor de calor/bomba de calor. Por exemplo, tamanho de turbomáquinas, dutos, permutadores de calor ou outros componentes do sistema podem corresponder a uma determinada capacidade de energia.

[0078] Em algumas implementações, uma dada capacidade de armazenamento de energia pode ser alcançada com um determinado tamanho e/ou número de tanques de armazenamento térmico de lado quente e/ou tanques de armazenamento térmico de lado frio. Por exemplo, o ciclo de motor de calor/bomba de calor pode operar em uma determinada capacidade de energia por um determinado período de tempo definido pela capacidade de armazenamento de calor do sistema ou da planta. O número e/ou a capacidade de armazenamento de calor dos tanques de armazenamento térmico de lado quente podem ser diferentes do número e/ou da capacidade de armazenamento de calor dos tanques de armazenamento térmico de lado frio. O número de tanques pode depender do tamanho dos tanques individuais. O tamanho dos tanques de armazenamento de lado quente pode diferir do tamanho dos tanques de armazenamento térmico de lado frio. Em alguns casos, os tanques de armazenamento térmico de lado quente, o permutador de calor de lado quente e o meio de armazenamento térmico de lado quente podem ser referidos como uma unidade de armazenamento de calor (térmica) de lado quente. Em alguns casos, os tanques de armazenamento térmico de lado frio, o permutador de calor de lado frio e o meio de armazenamento térmico de lado frio podem ser referidos como uma unidade de armazenamento de calor de lado frio (térmico).

[0079] Uma instalação de armazenamento térmico bombeado pode incluir qualquer número adequado de tanques de armazenamento de lado quente, tal como pelo menos cerca de 2, pelo menos cerca de 4, pelo menos cerca de 10, pelo menos cerca de 50, pelo menos cerca de 100, pelo menos cerca de 500 cerca de 1.000, pelo menos cerca de 5.000, pelo menos cerca de 10.000, e assim por diante. Em alguns exemplos, uma instalação de armazenamento térmico bombeado inclui 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1.000 ou mais tanques laterais quentes.

[0080] Uma instalação de armazenamento térmico bombeado também pode incluir qualquer número adequado de tanques de armazenamento de lado frio, tais como pelo menos cerca de 2, pelo menos cerca de 4, pelo menos cerca de 10, pelo menos cerca de 50, pelo menos cerca de 100, pelo menos cerca de 500, pelo menos cerca de 1.000, pelo menos cerca de 5.000, pelo menos cerca de 10.000, e assim por diante. Em alguns exemplos, uma instalação de armazenamento térmico bombeado inclui 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 15, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800, 900, 1.000 ou mais tanques de lado frio.

B. Ciclos de armazenamento térmico bombeado

[0081] Um aspecto da divulgação refere-se a sistemas térmicos bombeados que operam em ciclos de armazenamento térmico bombeado. Em alguns exemplos, os ciclos permitem que a eletricidade seja armazenada como calor (por exemplo, na forma de um diferencial de temperatura) e depois reconvertida em eletricidade através do uso de pelo menos dois componentes de turbomáquinas, um compressor e uma turbina. O compressor consome trabalho e aumenta a temperatura e a pressão de um fluido de trabalho (WF). A turbina produz trabalho e reduz a temperatura e a pressão do fluido de trabalho. Em alguns exemplos, mais de um compressor e mais de uma turbina são usados. Em alguns casos, o sistema pode incluir pelo menos 1, pelo menos 2, pelo menos 3, pelo menos 4 ou pelo menos 5 compressores. Em alguns casos, o sistema pode incluir pelo menos 1, pelo menos 2, pelo menos 3, pelo menos 4 ou pelo menos 5 turbinas. Os compressores podem ser dispostos em série ou em paralelo. As turbinas podem ser dispostas em série ou em paralelo.

[0082] As Figuras 2 e 3 são fluxogramas esquemáticos de fluido de trabalho e meio de armazenamento de calor de um sistema térmico bombeado exemplar em um modo de carga/bomba de calor e em um modo de descarga/motor de calor, respectivamente. O sistema pode ser idealizado para simplificar a explicação para que não haja perdas (ou seja, geração de entropia) nem na turbomáquina ou nos permutadores de calor. O sistema pode incluir um fluido de trabalho 20 (por exemplo, gás argônio) fluindo em um ciclo fechado entre um compressor 1, um permutador de calor de lado quente 2, uma turbina 3 e um permutador de calor de lado frio 4. Percursos/direções de fluxo de fluido para o fluido de trabalho 20 (por exemplo, um gás), um meio de armazenamento térmico de lado quente (HTS) 21 (por exemplo, um líquido de baixa viscosidade) e um meio de armazenamento térmico de lado frio (CTS) 22 (por exemplo, um líquido de baixa viscosidade) são indicados por setas.

[0083] As Figuras 4 e 5 são diagramas esquemáticos de pressão e temperatura do fluido de trabalho 20 à medida que esse passa pelos ciclos de carga nas Figuras 2 e 3, respectivamente, mais uma vez simplificados na aproximação da geração sem entropia. A pressão normalizada é mostrada no eixo y e a temperatura é mostrada no eixo x. A direção dos processos ocorrendo durante os ciclos é indicada com setas, e os processos individuais ocorrendo no compressor 1, o CFX de lado quente 2, a turbina 3 e o CFX de lado frio 4 são indicados no diagrama com seus respectivos numerais.

[0084] Os permutadores de calor 2 e 4 podem ser configurados como permutadores de calor de contrafluxo (CFXs), onde o fluido de trabalho flui em uma direção e a substância com a qual ele está trocando calor está fluindo na direção oposta. Em um permutador de calor de contrafluxo ideal com fluxos corretamente combinados (isto é, capacidades ou taxas de fluxo de capacidade balanceadas), as temperaturas do fluido de trabalho e do meio de armazenamento térmico são invertidas (isto é, o permutador de calor de contrafluxo pode ter eficácia de unidade).

[0085] Os permutadores de calor de contrafluxo 2 e 4 podem ser projetados e/ou operados para reduzir a geração de entropia nos permutadores de calor a níveis insignificantes em comparação à geração de entropia associada a outros componentes e/ou processos do sistema (por exemplo, geração de entropia de compressor e/ou turbina). Em alguns casos, o sistema pode ser operado de forma que a geração de entropia no sistema seja minimizada. Por exemplo, o sistema pode ser operado de tal modo que a geração de entropia associada a unidades de armazenamento de calor seja minimizada. Em alguns casos, uma diferença de temperatura entre os elementos fluidos trocando calor pode ser controlada durante a operação, de tal modo que a geração de entropia nas unidades de armazenamento de calor de lado quente e de lado frio é minimizada. Em alguns casos, a entropia gerada nas unidades de armazenamento de calor de lado quente e de lado frio é insignificante quando comparada à entropia gerada pelo compressor, pela turbina ou por tanto o compressor e a turbina. Em alguns casos, a geração de entropia associada à transferência de calor nos permutadores de calor 2 e 4 e/ou geração de entropia associada à operação da unidade de armazenamento de lado quente, a unidade de armazenamento de lado frio ou ambas as unidades de armazenamento de lado quente e frio pode ser inferior a cerca de 50%, inferior a cerca de 25%, inferior a cerca de 20%, inferior a cerca de 15%, inferior a cerca de 10%, inferior a cerca de 5%, inferior a cerca de 4%, inferior a cerca de 3%, inferior a cerca de 2%, ou inferior a cerca de 1% da entropia total gerada dentro do sistema (por exemplo, entropia gerada pelo compressor 1, o permutador de calor de lado quente 2, a turbina 3, o permutador de calor de lado frio 4 e/ou outros componentes descritos como, por exemplo, um recuperador). Por exemplo, a geração de entropia pode ser reduzida ou minimizada se as duas substâncias que trocam calor o fizerem em um diferencial de temperatura local ΔT ^ 0 (ou seja, quando a diferença de temperatura entre quaisquer dois elementos de fluido que estão em contato térmico próximo no permutador de calor é pequena). Em alguns exemplos, o diferencial de temperatura ΔT entre quaisquer dois elementos de fluido que estão em contato térmico próximo pode ser inferior a cerca de 300 Kelvin (K) (26,85 °C), inferior a cerca de 200 K (-73,15 °C), inferior a cerca de 100 K (173,15 °C), inferior a cerca de 75 K (-198,15 °C), inferior a cerca de 50 K (-223,15 °C), inferior a cerca de 40 K (-233,15 °C), inferior a cerca de 30 K (-243,15 °C), inferior a cerca de 20 K (-253,15 °C), inferior a cerca de 10 K (263,15 °C), inferior a cerca de 5 K (-268,15 °C), inferior a cerca de 3 K (-270,15 °C), inferior a cerca de 2 K (-271,15 °C) ou inferior a cerca de 1 K (-272,15 °C). Em outro exemplo, a geração de entropia associada à queda de pressão pode ser reduzida ou minimizada pelo projeto adequado. Em alguns exemplos, o processo de troca de calor pode ocorrer a uma pressão constante ou quase constante. Alternativamente, uma queda de pressão não negligenciável pode ser experimentada pelo fluido de trabalho e/ou um ou mais meios de armazenamento térmico durante a passagem através de um permutador de calor. A queda de pressão nos permutadores de calor pode ser controlada (por exemplo, reduzida ou minimizada) através do projeto adequado do permutador de calor. Em alguns exemplos, a queda de pressão em cada permutador de calor pode ser inferior a cerca de 20% da pressão de entrada, inferior a cerca de 10% da pressão de entrada, inferior a cerca de 5% da pressão de entrada, inferior a cerca de 3% da pressão de entrada, inferior a cerca de 2% da pressão de entrada, inferior a cerca de 1% da pressão de entrada, inferior a cerca de 0,5% da pressão de entrada, inferior a cerca de 0,25% da pressão de entrada ou inferior a cerca de 0,1% da pressão de entrada.

[0086] Ao entrar no permutador de calor 2, a temperatura do fluido de trabalho pode ou aumentar (tomando calor do meio de HTS 21, correspondente ao modo de descarga nas Figura 3 e 5) ou diminuir (dando calor ao meio de HTS 21, correspondendo ao modo de carga nas Figuras 2 e 4), dependendo da temperatura do meio de HTS no permutador de calor em relação à temperatura do fluido de trabalho. Do mesmo modo, ao entrar no permutador de calor 4, a temperatura do fluido de trabalho pode ou aumentar (tomando calor do meio de CTS 22, correspondente ao modo de carga nas Figura 2 e 4) ou diminuir (dando calor ao meio de CTS 22, correspondendo ao modo de descarga nas Figuras 3 e 5), dependendo da temperatura do meio de CTS no permutador de calor em relação à temperatura do fluido de trabalho.

[0087] Como descrito em mais detalhe com referência ao modo de carga nas Figuras 2 e 4, o processo de adição de calor no CFX de lado frio 4 pode ocorrer em um intervalo de temperaturas diferente do processo de remoção de calor no CFX de lado quente 2. Similarmente, no modo de descarga nas Figuras 3 e 5, o processo de rejeição de calor no CFX de lado frio 4 pode ocorrer em um intervalo de temperatura diferente do processo de adição de calor no CFX de lado quente 2. Pelo menos uma parte dos intervalos de temperatura dos processos de troca de calor de lado quente e lado frio pode se sobrepor durante a carga, durante a descarga ou durante a carga e a descarga.

[0088] Tal como aqui utilizado, as temperaturas T0, T1, T0+ e T1+ são assim chamadas porque T0+, T1+ são as temperaturas alcançadas com a saída de um compressor com uma dada taxa de compressão r, eficiência adiabática nc e temperaturas de entrada de T0, T1 respectivamente. Os exemplos nas Figuras 2, 3, 4 e 5 podem ser exemplos idealizados onde nc = 1 e onde a eficiência adiabática da turbina também tem o valor nt = 1.

[0089] Com referência ao modo de carga mostrado nas Figuras 2 e 4, o fluido de trabalho 20 pode entrar no compressor 1 na posição 30 a uma pressão P e uma temperatura T (por exemplo, a T1, P2). À medida que o fluido de trabalho passa pelo compressor, o trabalho W1 é consumido pelo compressor para aumentar a pressão e a temperatura do fluido de trabalho (por exemplo, para Ti+, Pi), conforme indicado por Pt e T? na posição 31. No modo de carga, a temperatura T1+ do fluido de trabalho saindo do compressor e entrando no CFX de lado quente 2 na posição 3i é maior que a temperatura do meio de HTS 2i entrando no CFX de lado quente 2 na posição 32 a partir de um segundo tanque de armazenamento térmico de lado quente 7 a uma temperatura T0+ (isto é, T0+ < Ti+). Como estes dois líquidos passam em contato térmico uns com os outros no permutador de calor, a temperatura do fluido de trabalho diminui à medida que ele se move a partir da posição 3i, posição 34, liberando calor Qi ao meio de HTS, enquanto a temperatura do meio de HTS por sua vez aumenta à medida que se move a partir da posição 32 para a posição 33, absorvendo calor Qi a partir do fluido de trabalho. Em um exemplo, o fluido de trabalho sai do CFX de lado quente 2 na posição 34 à temperatura T0+ e o meio de HTS sai do CFX de lado quente 2 na posição 33 para um primeiro tanque de armazenamento térmico de lado quente 6 à temperatura Ti+. O processo de troca de calor pode ocorrer a uma pressão constante ou quase constante, de modo que o fluido de trabalho saia de CFX de lado quente 2 na posição 34 a uma temperatura mais baixa, mas com a mesma pressão Pi, conforme indicado por P e T; na posição 34. Similarmente, a temperatura do meio de HTS 2i aumenta no CFX de lado quente 2, enquanto a sua pressão pode permanecer constante ou quase constante.

[0090] Ao sair do CFX de lado quente 2 na posição 34 (por exemplo, em T0+, P1), o fluido de trabalho 20 sofre expansão na turbina 3 antes de sair da turbina na posição 35. Durante a expansão, a pressão e a temperatura da turbina do fluido de trabalho diminuem (por exemplo, para T0, P2), conforme indicado por P; e T; na posição 35. A magnitude de trabalho W2 gerado pela turbina depende da entalpia do fluido de trabalho que entra na turbina e o grau de expansão. No modo de carga, o calor é removido do fluido de trabalho entre as posições 31 e 34 (no CFX de lado quente 2) e o fluido de trabalho é expandido de volta para a pressão na qual entrou inicialmente no compressor na posição 30 (por exemplo, P2). A taxa de compressão (por exemplo, P1/P2) no compressor 1 é igual à taxa de expansão na turbina 3, e a entalpia do gás que entra na turbina é menor do que a entalpia do gás que sai do compressor, o trabalho W2 gerado pela turbina 3 é menor do que o trabalho W1 consumido pelo compressor 1 (ou seja, W2 < W1).

[0091] Porque o calor foi retirado do fluido de trabalho no CFX de lado quente 2, a temperatura T0 em que o fluido de trabalho sai da turbina na posição 35 é mais baixa do que a temperatura T1 na qual o fluido de trabalho inicialmente entrou no compressor na posição 30. Para fechar o ciclo (ou seja, para retornar a pressão e a temperatura do fluido de trabalho aos seus valores iniciais T1, P2 na posição 30), calor Q2 é adicionado ao fluido de trabalho a partir do meio de CTS 22 no CFX de lado frio 4 entre as posições 35 e 30 (isto é, entre a turbina 3 e o compressor 1). Em um exemplo, o meio de CTS 22 entra no CFX de lado frio 4 na posição 36 a partir de um primeiro tanque de armazenamento térmico de lado frio 8 à temperatura T1 e sai do CFX de lado frio 4 na posição 37 em um segundo tanque de armazenamento térmico de lado frio 9 à temperatura T0, enquanto o fluido de trabalho 20 entra no CFX de lado frio 4 na posição 35 à temperatura T0 e sai do CFX de lado frio 4 na posição 30 à temperatura T1. Novamente, o processo de troca de calor pode ocorrer a uma pressão constante ou quase constante, de modo que o fluido de trabalho saia de CFX de lado frio 2 na posição 30 a uma temperatura mais alta, mas mesma pressão P2, como indicado por P e T$ na posição 30. Similarmente, a temperatura do meio de CTS 22 diminui no CFX de lado frio 2, enquanto a sua pressão pode permanecer constante ou quase constante.

[0092] Durante a carga, o calor Q2 é removido do meio de CTS e o calor Q1 é adicionado ao meio de HTS, em que Q1 > Q2. Uma quantidade líquida de trabalho W1 - W2 é consumida, uma vez que o trabalho W1 utilizado pelo compressor é maior que o trabalho W2 gerado pela turbina. Um dispositivo que consome trabalho enquanto move o calor de um corpo frio ou meio de armazenamento térmico para um corpo quente ou meio de armazenamento térmico é uma bomba de calor; assim, o sistema térmico bombeado no modo de carga opera como uma bomba de calor.

[0093] Em um exemplo, o modo de descarga mostrado nas Figuras 3 e 5 pode diferir do modo de carga mostrado nas Figuras 2 e 4 nas temperaturas do meio de armazenamento térmico sendo introduzidas nos permutadores de calor. A temperatura à qual o meio de HTS entra no CFX de lado quente 2 na posição 32 é T1+ em vez de T0+, e a temperatura do meio de CTS que entra no CFX de lado frio 4 na posição 36 é T0 em vez de T1. Durante a descarga, o fluido de trabalho entra no compressor na posição 30 em T0 e P2, sai do compressor na posição 31 em T0+ < T1+ e P1, absorve calor do meio de HTS no CFX de lado quente 2, entra na turbina 3 na posição 34 em T1+ e P1, sai da turbina na posição 35 em T1 > T0 e P2 e, finalmente, rejeita o calor para o meio de CTS no CFX de lado frio 4, retornando ao seu estado inicial na posição 30 em T0 e P2.

[0094] O meio de HTS na temperatura T1+ pode ser armazenado em um primeiro tanque de armazenamento térmico de lado quente 6, o meio de HTS à temperatura T0+ pode ser armazenado em um segundo tanque de armazenamento térmico de lado quente 7, o meio de CTS à temperatura T1 pode ser armazenado em um primeiro tanque de armazenamento térmico de lado frio 8, e o meio de CTS à temperatura T0 pode ser armazenado em um segundo tanque de armazenamento térmico de lado frio 9 durante ambos os modos de carga e de descarga. Em uma implementação, a temperatura de entrada do meio de HTS na posição 32 pode ser comutada entre T1+ e T0+ por comutação entre os tanques 6 e 7, respectivamente. Similarmente, a temperatura de entrada do meio de CTS na posição 36 pode ser comutada entre T1 e T0 por comutação entre os tanques 8 e 9, respectivamente. A comutação entre tanques pode ser conseguida incluindo uma válvula ou um sistema de válvulas (por exemplo, sistemas de válvulas 12 e 13 na Figura 7) para comutar conexões entre o permutador de calor de lado quente 2 e os tanques de lado quente 6 e 7, e/ou entre o permutador de calor de lado frio 4 e os tanques de lado frio 8 e 9 conforme necessário para os modos de carga e descarga. Em algumas implementações, conexões podem ser ligadas no lado do fluido de trabalho, enquanto as conexões dos tanques de armazenamento 6, 7, 8 e 9 aos permutadores de calor 2 e 4 permanecem estáticas. Em alguns exemplos, os percursos de fluxo e as conexões aos permutadores de calor podem depender do projeto (por exemplo, invólucro-e-tubo) de cada permutador de calor. Em algumas implementações, uma ou mais válvulas podem ser usadas para mudar a direção do fluido de trabalho e do meio de armazenamento de calor através do permutador de calor de contrafluxo na carga e descarga. Tais configurações podem ser utilizadas, por exemplo, devido às elevadas capacidades de armazenamento térmico do componente de permutador de calor, para diminuir ou eliminar transientes de temperatura, ou uma combinação destes. Em algumas implementações, uma ou mais válvulas podem ser usadas para mudar a direção somente do fluido de trabalho, enquanto a direção do HTS ou do CTS pode ser alterada mudando a direção do bombeamento, mantendo assim a configuração do contrafluxo. Em algumas implementações, diferentes configurações de válvula podem ser usadas para o HTS e o CTS. Além disso, qualquer combinação das configurações de válvula pode ser usada. Por exemplo, o sistema pode ser configurado para operar usando diferentes configurações de válvula em diferentes situações (por exemplo, dependendo das condições operacionais do sistema).

[0095] No modo de descarga mostrado nas Figuras 3 e 5, o fluido de trabalho 20 pode entrar no compressor 1 na posição 30 a uma pressão P e uma temperatura T (por exemplo, a T0, P2). À medida que o fluido de trabalho passa pelo compressor, o trabalho W1 é consumido pelo compressor para aumentar a pressão e a temperatura do fluido de trabalho (por exemplo, para To+, Pi), conforme indicado por P$ e T $ na posição 31. No modo de descarga, a temperatura T0+ do fluido de trabalho que sai do compressor e entra no CFX de lado quente 2 na posição 31 é menor do que a temperatura do meio de HTS 21 que entra no CFX de lado quente 2 na posição 32 de um primeiro tanque de armazenamento térmico de lado quente 6 a uma temperatura T1+ (isto é, T0+ < T1+). Como estes dois líquidos passam em contato térmico uns com os outros no permutador de calor, a temperatura do fluido de trabalho aumenta, uma vez que se move da posição 31 para posição 34, absorvendo calor Q1 do meio de HTS, enquanto a temperatura do meio de HTS, por sua vez diminui à medida se move da posição 32 para a posição 33, liberando calor Q1 para o fluido de trabalho. Em um exemplo, o fluido de trabalho sai do CFX de lado quente 2 na posição 34 à temperatura T1+ e o meio de HTS sai do CFX de lado quente 2 na posição 33 para o segundo tanque de armazenamento térmico de lado quente 7 à temperatura T0+. O processo de troca de calor pode ocorrer a uma pressão constante ou quase constante, de modo que o fluido de trabalho saia de CFX de lado quente 2 na posição 34 a uma temperatura mais alta, mas com a mesma pressão P1, conforme indicado por P e T$ na posição 34. Similarmente, a temperatura do meio de HTS 21 diminui no CFX de lado quente 2, enquanto a sua pressão pode permanecer constante ou quase constante.

[0096] Ao sair do CFX de lado quente 2 na posição 34 (por exemplo, em T1+, P1), o fluido de trabalho 20 sofre expansão na turbina 3 antes de sair da turbina na posição 35. Durante a expansão, a pressão e a temperatura da turbina do fluido de trabalho diminuem (por exemplo, para T1, P2), conforme indicado por P; e T ; na posição 35. A magnitude de trabalho W2 gerado pela turbina depende da entalpia do fluido de trabalho que entra na turbina e o grau de expansão. No modo de descarga, é adicionado calor ao fluido de trabalho entre as posições 31 e 34 (no CFX de lado quente 2) e o fluido de trabalho é expandido de volta para a pressão na qual entrou inicialmente no compressor na posição 30 (por exemplo, P2). A taxa de compressão (por exemplo, P1/P2) no compressor 1 é igual à taxa de expansão na turbina 3 e a entalpia do gás que entra na turbina é maior do que a entalpia do gás que sai do compressor, o trabalho W2 gerado pela turbina 3 é maior do que o trabalho W1 consumido pelo compressor 1 (ou seja, W2 > W1).

[0097] Porque calor foi adicionado ao fluido de trabalho no CFX de lado quente 2, a temperatura T1 na qual o fluido de trabalho sai da turbina na posição 35 é mais elevada do que a temperatura T0 em que o fluido de trabalho inicialmente entrou no compressor na posição 30. Para fechar o ciclo (ou seja, para retornar a pressão e a temperatura do fluido de trabalho aos seus valores iniciais T0, P2 na posição 30), o calor Q2 é rejeitado pelo fluido de trabalho para o meio de CTS 22 no CFX de lado frio 4 entre as posições 35 e 30 (isto é, entre a turbina 3 e o compressor 1). O meio de CTS 22 entra no CFX de lado frio 4 na posição 36 a partir de um segundo tanque de armazenamento térmico de lado frio 9 à temperatura T0 e sai do CFX de lado frio 4 na posição 37 para um tanque de primeiro de armazenamento térmico de lado frio 8 à temperatura T1, enquanto que o fluido de trabalho 20 entra no CFX de lado frio 4 na posição 35 à temperatura T1 e sai do CFX de lado frio 4 na posição 30 à temperatura T0. Novamente, o processo de troca de calor pode ocorrer a uma pressão constante ou quase constante, de modo que o fluido de trabalho saia de CFX de lado frio 2 na posição 30 a uma temperatura mais alta, mas mesma pressão P2, como indicado por P e T; na posição 30. Similarmente, a temperatura do meio de CTS 22 aumenta no CFX de lado frio 2, enquanto a sua pressão pode permanecer constante ou quase constante.

[0098] Durante a descarga, calor Q2 é adicionado ao meio de CTS e o calor Q1 é removido do meio de HTS, em que Q1 > Q2. Uma quantidade líquida de trabalho W2 - W1 é gerada, uma vez que o trabalho W1 utilizado pelo compressor é menor que o trabalho W2 gerado pela turbina. Um dispositivo que gera trabalho enquanto move o calor de um corpo quente ou de um meio de armazenamento térmico para um corpo frio ou um meio de armazenamento térmico é um motor de calor; assim, o sistema térmico bombeado no modo de descarga opera como um motor de calor.

[0099] A Figura 6 é uma vista em perspectiva esquemática simplificada de um sistema de fluido de trabalho fechado no sistema térmico bombeado nas Figuras 2-3. Como indicado, o fluido de trabalho 20 (contido no interior da tubulação) circula no sentido horário entre o compressor 1, o permutador de calor de lado quente 2, a turbina 3 e o permutador de calor de lado frio 4. O compressor 1 e a turbina 3 podem ser agrupados em uma haste mecânica comum 10 tal que eles rodam juntos. Em algumas implementações, o compressor 1 e a turbina 3 podem ter hastes mecânicas separadas. Um motor/gerador 11 (por exemplo, incluindo um motor síncrono - conversor de gerador síncrono em uma única haste comum) fornece energia de e para a turbomáquina. Neste exemplo, o compressor, a turbina e o motor/gerador estão todos localizados em uma haste comum. Os tubos nas posições 32 e 33 transferem fluido de armazenamento térmico de lado quente para e a partir do permutador de calor de lado quente 2, respectivamente. Os tubos nas posições 36 e 37 transferem o fluido de armazenamento térmico de lado frio para e a partir do permutador de calor de lado frio 4, respectivamente.

[00100] Embora o sistema da Figura 6 seja ilustrado como compreendendo um compressor 1 e turbina 3, o sistema pode incluir um ou mais compressores e uma ou mais turbinas, que podem operar, por exemplo, em uma configuração paralela, ou alternativamente em uma configuração em série ou em uma combinação de configurações paralela e em série. Em alguns exemplos, um sistema de compressores ou turbinas pode ser montado de tal modo que uma determinada taxa de compressão seja alcançada. Em alguns casos, diferentes taxas de compressão (por exemplo, sobre carga e descarga) podem ser usadas (por exemplo, conectando ou desconectando, em uma configuração paralela e/ou em série, um ou mais compressores ou turbinas do sistema de compressores ou turbinas). Em alguns exemplos, o fluido de trabalho é direcionado para uma pluralidade de compressores e/ou uma pluralidade de turbinas. Em alguns exemplos, o compressor e/ou turbina podem ter taxas de compressão dependentes da temperatura. O arranjo e/ou operação da turbomáquina e/ou outros elementos do sistema podem ser ajustados de acordo com a dependência da temperatura (por exemplo, para otimizar o desempenho).

[00101] A Figura 7 é uma vista em perspectiva esquemática simplificada do sistema térmico bombeado nas Figuras 2-3 com tanques de armazenamento de lado quente e lado frio e um sistema de fluido de trabalho de ciclo fechado. Neste exemplo, o meio de HTS é um sal fundido e o meio de CTS é um líquido a baixa temperatura. Um, dois ou mais primeiros tanques de lado quente 6 (à temperatura T1+) e um, dois ou mais segundos tanques de lado quente 7 (à temperatura T0+), ambos para manter o meio de HTS, estão em comunicação fluida com uma válvula 13 configurada para transferir o meio de HTS de e para o permutador de calor de lado quente 2. Um, dois ou mais primeiros tanques de lado frio 8 (à temperatura T1) e um, dois ou mais segundos tanques de lado frio 9 (à temperatura T0), ambos para manter o meio de CTS, estão em comunicação fluida com uma válvula 12, configurada para transferir o meio de CTS para e a partir do permutador de calor de lado frio 4.

[00102] Os reservatórios de energia térmica ou tanques de armazenamento podem ser tanques termicamente isolados que podem conter uma quantidade adequada do meio de armazenamento térmico relevante (por exemplo, fluido de armazenamento de calor). Os tanques de armazenamento podem permitir armazenamento relativamente compacto de grandes quantidades de energia térmica. Em um exemplo, os tanques de lado quente 6 e/ou 7 podem ter um diâmetro de cerca de 80 metros, enquanto os tanques de lado frio 8 e/ou 9 podem ter um diâmetro de cerca de 60 metros. Em outro exemplo, o tamanho de cada (ou seja, lado quente ou lado frio) armazenamento térmico para uma planta de 1 GW operando por 12 horas pode ser de cerca de 20 tanques de refinaria de petróleo de tamanho médio.

[00103] Em algumas implementações, um terceiro conjunto de tanques contendo meios de armazenamento a temperaturas intermediárias entre os outros tanques pode ser incluído no lado quente e/ou no lado frio. Em um exemplo, um terceiro tanque de armazenamento ou de transferência (ou conjunto de tanques) a uma temperatura intermediária para as temperaturas de um primeiro tanque (ou conjunto de tanques) e um segundo tanque (ou conjunto de tanques) pode ser fornecido. Um conjunto de válvulas pode ser fornecido para comutar o meio de armazenamento entre os diferentes tanques e permutadores de calor. Por exemplo, os meios térmicos podem ser direcionados para diferentes conjuntos de tanques após a saída dos permutadores de calor, dependendo das condições operacionais e/ou do ciclo que está sendo usado. Em algumas implementações, um ou mais conjuntos adicionais de tanques de armazenamento a diferentes temperaturas podem ser adicionados no lado quente e/ou no lado frio.

[00104] Os tanques de armazenamento (por exemplo, tanques de lado quente compreendendo o meio de armazenamento térmico de lado quente e/ou tanques de lado frio compreendendo o meio de armazenamento térmico de lado frio) podem operar à pressão ambiente. Em algumas implementações, o armazenamento de energia térmica à pressão ambiente pode fornecer benefícios de segurança. Alternativamente, os tanques de armazenamento podem operar a pressões elevadas, tais como, por exemplo, a uma pressão de pelo menos cerca de 2 atm (0,20265 MPa), pelo menos cerca de 5 atm (0,506625 MPa), pelo menos cerca de 10 atm (1,01325 MPa), pelo menos cerca de 20 atm (2,0265 MPa), ou mais. Alternativamente, os tanques de armazenamento podem operar a pressões reduzidas, tais como, por exemplo, a uma pressão de no máximo cerca de 0,9 atm (0,0911925 MPa), no máximo cerca de 0,7 atm (0,0709275 MPa), no máximo cerca de 0,5 atm (0,0506625 MPa), no máximo cerca de 0,3 atm (0,0303975 MPa), no máximo cerca de 0,1 atm (0,0101325 MPa), no máximo cerca de 0,01 atm (0,00101325 MPa), no máximo cerca de 0,001 atm, (0,000101325 MPa) ou menos. Em alguns casos (por exemplo, ao operar em pressões maiores/mais elevadas ou menores ou para evitar a contaminação do meio de armazenamento térmico), os tanques de armazenamento podem ser selados da atmosfera circundante. Alternativamente, em alguns casos, os tanques de armazenamento podem não ser selados. Em algumas implementações, os tanques podem incluir uma ou mais regulagens de pressão ou sistemas de alívio (por exemplo, uma válvula para segurança ou otimização do sistema).

[00105] Tal como aqui utilizado, o primeiro tanque de lado quente(s) 6 (à temperatura T1+) pode conter meio de HTS a uma temperatura mais elevada do que o segundo tanque lado quente(s) 7 (à temperatura T0+), e o primeiro tanque de lado frio(s) 8 (à temperatura T1) pode conter meio de CTS a uma temperatura mais elevada do que o segundo tanque lado frio(s) 9 (à temperatura T0). Durante a carga, o meio de HTS no primeiro(s) tanque(s) de lado quente (temperatura mais elevada) 6 e/ou meio de CTS no segundo(s) tanque(s) de lado frio 9 podem ser reabastecidos. Durante a descarga, pode ser consumido meio de HTS no primeiro(s) tanque(s) de lado quente 6 e/ou meio de CTS no segundo(s) tanque(s) de lado frio 9.

[00106] Nos exemplos anteriores, em ambos os modos de operação, dois dos quatro tanques de armazenamento 6, 7, 8 e 9 estão alimentando o meio de armazenamento térmico para os permutadores de calor 2 e 4 nas entradas 32 e 36, respectivamente, e os outros dois tanques estão recebendo meio de armazenamento térmico dos permutadores de calor 2 e 4 a partir das saídas 33 e 37, respectivamente. Nesta configuração, os tanques de alimentação podem conter um meio de armazenamento a uma determinada temperatura devido a condições operacionais anteriores, enquanto as temperaturas dos tanques de recebimento podem depender da operação de sistema atual (por exemplo, parâmetros operacionais, cargas e/ou entrada de energia). As temperaturas do tanque de recepção podem ser ajustadas pelas condições do ciclo de Brayton. Em alguns casos, as temperaturas do tanque de recepção podem diferir dos valores desejados devido a desvios das condições de ciclo predeterminadas (por exemplo, variação da pressão absoluta em resposta à demanda do sistema) e/ou devido à geração de entropia dentro do sistema. Em alguns casos (por exemplo, devido à geração de entropia), pelo menos uma das quatro temperaturas do tanque pode ser maior do que a desejada. Em algumas implementações, um radiador pode ser usado para rejeitar ou dissipar esse calor residual para o meio ambiente. Em alguns casos, a rejeição de calor para o ambiente pode ser melhorada (por exemplo, usando resfriamento evaporativo, etc.). O calor desperdiçado gerado durante a operação dos sistemas térmicos bombeados aqui também pode ser utilizado para outros fins. Por exemplo, calor residual de uma parte do sistema pode ser usado em outras partes do sistema. Em outro exemplo, pode ser fornecido calor residual a um processo ou sistema externo, tal como, por exemplo, um processo de fabricação que requeira calor de baixo grau, aquecimento comercial ou residencial, dessalinização térmica, operações de secagem comercial, etc.

[00107] Componentes de sistemas térmicos bombeados da divulgação podem exibir desempenho não ideal, levando a perdas e/ou ineficiências. As maiores perdas no sistema podem ocorrer devido a ineficiências da turbomáquina (por exemplo, compressor e turbina) e dos permutadores de calor. As perdas devidas aos permutadores de calor podem ser pequenas em comparação com as perdas devidas à turbomáquina. Em algumas implementações, as perdas devidas aos permutadores de calor podem ser reduzidas para próximo de zero com projeto e despesa adequados. Portanto, em alguns exemplos analíticos, perdas devido aos permutadores de calor e outras possíveis pequenas perdas devido a bombas, o motor/gerador e/ou outros fatores podem ser negligenciados.

[00108] As perdas devidas à turbomáquinas podem ser quantificadas em termos de eficiências adiabáticas nc e nt (também conhecidas como eficiências isentrópicas) para compressores e turbinas, respectivamente. Para grandes turbomáquinas, os valores típicos podem variar entre nc = 0,85 - 0,9 para compressores e nt = 0,9 - 0,95 para turbinas. A quantidade real de trabalho produzido ou consumido por um ciclo pode então ser expressa como onde, em um exemplo, assumindo calores específicos constantes do fluido de trabalho, r é a taxa de compressão (isto é, a relação da pressão mais elevada para a pressão mais baixa), e Y = cp/cv é a relação de calores específicos do fluido de trabalho. Devido às ineficiências do compressor e da turbina, é necessário mais trabalho para atingir uma determinada taxa de compressão durante a compactação, e menos trabalho é gerado durante a expansão para uma determinada taxa de compressão. As perdas também podem ser quantificadas em termos das eficiências politrópicas, ou de estágio único, ncp e ntp, para compressores e turbinas, respectivamente. As eficiências politrópicas estão relacionadas com as eficiências adiabáticas nc e nt pelas equações e

[00109] Em exemplos onde nc = nt = 1, ciclos térmicos bombeados da divulgação podem seguir percursos idênticos em ambos os ciclos de carga e descarga (por exemplo, como mostrado nas Figuras 4 e 5). Nos exemplos onde nc < 1 e/ou nt < 1, a compressão no compressor pode levar a um maior aumento de temperatura do que no caso ideacompressão, e a expansão na turbina pode levar a uma diminuição menor de temperatura no caso ideal.

[00110] Em algumas implementações, a eficiência politrópica do compressor pode ser pelo menos 0,3, pelo menos 0,5, pelo menos 0,6, pelo menos 0,7, pelo menos 0,75, pelo menos 0,8, pelo menos 0,85, pelo menos cerca de 0,9, pelo menos cerca de 0,91, pelo menos cerca de 0,92, pelo menos cerca de 0,93, pelo menos cerca de 0,96, ou mais. Em algumas implementações, a eficiência politrópica do compressor ntp pode ser pelo menos cerca de 0,3, pelo menos cerca de 0,5, pelo menos cerca de 0,6, pelo menos cerca de 0,7, pelo menos cerca de 0,75, pelo menos cerca de 0,8, pelo menos cerca de 0,85, pelo menos 0,9, pelo menos cerca de 0,91, pelo menos cerca de 0,92, pelo menos cerca de 0,93, pelo menos cerca de 0,96, pelo menos cerca de 0,97 ou mais.

[00111] T0+, T1+ foram previamente definidos como as temperaturas alcançadas na saída de um compressor com uma determinada taxa de compressão r, eficiência adiabática nc e temperaturas de entrada de T0, T1 respectivamente. Em alguns exemplos, essas quatro temperaturas são relacionadas pela equação

[00112] A Figura 8 mostra um ciclo de carga de de calor exemplar para um sistema de água (CTS)/sal fundido (HTS) com nc = 0,9 e nt = 0,95. As linhas tracejadas correspondem a nc = nt = 1 e as linhas sólidas mostram o ciclo de carga com nt = 0,95 e nc = 0,9. Neste exemplo, o meio de CTS no lado frio é água, e o meio de HTS no lado quente é sal fundido. Em alguns casos, o sistema pode incluir 4 tanques de armazenamento de calor. No ciclo de carga, o fluido de trabalho em T0 e P2 pode trocar calor com um meio de CTS no permutador de calor de lado frio 4, pelo que a sua temperatura pode aumentar para T1 (assumindo uma queda de pressão insignificante, a sua pressão pode permanecer P2). No compressor 1 com nc = 0,9, a temperatura e a pressão do fluido de trabalho podem aumentar de T1, P2 para T1+, P1. O fluido de trabalho pode, em seguida, permutar calor com um meio de HTS no permutador de calor de lado quente 2, de tal modo que a sua temperatura pode diminuir (a pressão constante P1, assumindo que a queda de pressão insignificante). Se o fluido de trabalho entrar na turbina 3 com nt = 0,95 na temperatura T0+ e se expande de volta a sua pressão original P2, sua temperatura ao sair da turbina pode não ser T0. Em vez disso, o fluido de trabalho pode entrar na turbina a uma temperatura e sair da turbina a uma temperatura TO e a pressão P2. Em alguns exemplos, as temperaturas estão relacionadas pela relação Em alguns exemplos, é a temperatura na qual o fluido de trabalho entra na entrada de uma turbina com eficiência adiabática yt e taxa de compressão r para sair na temperatura T0.

[00113] Em algumas implementações, a temperatura pode ser incorporada em ciclos de carga da divulgação pela primeira troca de calor do fluido de trabalho com o meio de HTS de T1+ para T0+, seguido de um arrefecimento adicional do fluido de para , como ilustrado pela seção 38 do ciclo na Figura 8.

[00114] A Figura 9 mostra um ciclo de descarga (extração) de armazenamento de calor exemplar para o sistema de água/sal fundido na Figura 8 com nc = 0,9 e nt = 0,95. As linhas tracejadas correspondem a nc = nt = 1 e as linhas sólidas mostram o ciclo de carga com nt = 0,95 e nc = 0,9. No ciclo de descarga, o fluido de trabalho a T1 e P2 pode trocar de calor com um meio de CTS no permutador de calor de lado frio 4, em que a sua temperatura pode diminuir a T0 (assumindo que a queda de pressão insignificante, a sua pressão pode permanecer P2). No compressor 1 com nc = 0,9, a temperatura e a pressão do fluido de trabalho podem aumentar de T0, P2 para T0+, P1. O fluido de trabalho pode, em seguida, permutar calor com um meio de HTS no permutador de calor de lado quente 2, de tal modo que a sua temperatura pode aumentar (a pressão constante P1, assumindo queda de pressão insignificante). O fluido de trabalho que entra na turbina 3 em T+ não pode sair da turbina à temperatura TI como no ciclo de carga, mas pode, em vez disso, sair a uma temperatura 'T1, onde, em alguns exemplos, T1 = T+ip-111?. Em alguns exemplos, T1 é a temperatura na qual o fluido de trabalho sai da saída de uma turbina com eficiência adiabática yt e taxa de compressão r após entrar na entrada da turbina à temperatura T1+.

[00115] Em algumas implementações, a temperatura T1 pode ser incorporada nos ciclos de descarga da divulgação por arrefecer primeiro o fluido de trabalho que sai da turbina em T1 para Ti, como ilustrado pela secção 39 do ciclo na Figura 9, seguido de troca de calor do fluido de trabalho com o meio de CTS de Ti a T0.

[00116] Os ciclos de carga e descarga podem ser fechados por operações adicionais de rejeição de calor nas seções 38 (entre To+ e T0+) e 39 (entre T1 e Ti), respectivamente. Em alguns casos, o fechamento dos ciclos por rejeição de calor em seções dos ciclos em que o fluido de trabalho pode rejeitar o calor para o ambiente a baixo custo pode eliminar a necessidade de entrada adicional de calor no sistema. As seções dos ciclos em que o fluido de trabalho pode rejeitar o calor para a temperatura ambiente podem ser limitadas a seções em que a temperatura do fluido de trabalho é suficientemente alta acima da temperatura ambiente para que a refrigeração ambiente seja viável. Em alguns exemplos, o calor pode ser rejeitado para o ambiente nas seções 38 e/ou 39. Por exemplo, o calor pode ser rejeitado usando um ou mais fluidos de trabalho para arejar os radiadores, arrefecimento intermediário de água, ou vários outros métodos. Em alguns casos, o calor rejeitado nas seções 38 e/ou 39 pode ser utilizado para outro fim útil, tal como, por exemplo, cogeração, dessalinização térmica e/ou outros exemplos aqui descritos.

[00117] Em algumas implementações, os ciclos podem ser fechados por variar as taxas de compressão entre os ciclos de carga e descarga, como mostrado, por exemplo, na Figura i0. A capacidade de variar a taxa de compressão na carga e descarga pode ser implementada, por exemplo, por variar a velocidade de rotação do compressor e/ou da turbina, pelo controle de pressão variável do estator, por desviar um subconjunto dos estágios de compressão ou expansão em carga ou descarregar pelo uso de válvulas, ou por usar pares dedicados de compressor/turbina para o modo de carga e descarga. Em um exemplo, a taxa de compressão no ciclo de descarga na Figura 9 pode ser alterada de tal forma que a rejeição de calor na seção 39 não é usada, e somente a rejeição de calor na seção 38 no ciclo de carga é usada. Variar a taxa de compressão pode permitir que o calor (ou seja, a entropia) seja rejeitado a uma temperatura mais baixa, aumentando, assim, a eficiência global de ida e volta. Em alguns exemplos desta configuração, a taxa de compressão na carga, rC, pode ser ajustada tal que , e na descarga, a taxa de compressão rD pode ser ajustada tal que. E . Em alguns casos, as temperaturas superiores T1+ e T1 podem ser idênticas na carga e descarga e nenhuma remoção de calor pode ser necessária nesta porção (também “perna” aqui) do ciclo. Nesses casos, a temperatura T0+ na carga (por exemplo, e a temperatura To+ na descarga (por exemplo, pode ser diferente e o calor pode ser rejeitado (também “dissipado” ou “descartado” aqui) para o ambiente entre as temperaturas . Em uma implementação onde apenas os meios de armazenamento trocam calor com o ambiente, um dispositivo de rejeição de calor (por exemplo, dispositivos 55 e 56 mostrados na Figura 16) pode ser usado para baixar a temperatura do CTS de para entre descarga e carga.

[00118] A Figura 10 mostra um exemplo de um ciclo com taxas de compressão variáveis. A taxa de compressão pode ser maior na descarga (quando o trabalho é produzido pelo sistema) do que na carga (quando o trabalho é consumido pelo sistema), o que pode aumentar a eficiência global do sistema. Por exemplo, durante um ciclo de carga 80 com, uma menor taxa de compressão de < 3 pode ser usada; durante um ciclo de descarga 81 com , uma taxa de compressão > 3 pode ser usada. As temperaturas superiores atingidas nos dois ciclos 80 e 81 podem ser T1 e T1+, e nenhum excesso de calor pode ser rejeitado.

[00119] A taxa de compressão pode variar entre carga e descarga, de tal forma que a dissipação de calor para o meio ambiente necessária para o fechamento do ciclo tanto na carga quanto na descarga ocorre entre as temperaturas (a temperatura do fluido de trabalho antes de entrar na turbina durante o ciclo de carga) e (a temperatura do fluido de trabalho quando sai do compressor na descarga), e não acima da temperatura T1 (a temperatura do fluido de trabalho antes de entrar no compressor em carga e/ou sai da turbina em descarga). Em alguns exemplos, nenhum calor é rejeitado a uma temperatura acima da temperatura mais baixa do meio de HTS.

[00120] Na ausência de perdas e/ou ineficiências do sistema, como, por exemplo, no caso de sistemas térmicos bombeados compreendendo bomba(s) de calor e motor(es) de calor operando no limite de criação de entropia zero/isentrópico, uma determinada quantidade de calor QH pode ser transferida usando uma determinada quantidade de trabalho W no modo de bomba de calor (carga), e o mesmo QH pode ser usado no modo de aquecimento (descarga) para produzir o mesmo trabalho W, levando a uma eficiência de ida e volta unitária (ou seja, 100%). Na presença de perdas e/ou ineficiências do sistema, a eficiência de ida e volta dos sistemas térmicos bombeados pode ser limitada por quanto os componentes se desviam do desempenho ideal.

[00121] A eficiência de ida e volta de um sistema térmico bombeado pode ser definida como Em alguns exemplos, com uma aproximação da troca de calor ideal, a eficiência da ida e volta pode ser derivada considerando a saída líquida do trabalho durante o ciclo de descarga,e a entrada de trabalho líquido durante o ciclo de carga, usando as equações para trabalho e temperatura dadas acima.

[00122] As eficiências de ida e volta podem ser calculadas para diferentes configurações de sistemas térmicos bombeados (por exemplo, para diferentes classes de meios de armazenamento térmico) com base nas eficiências dos componentes de turbomáquinas, nc e nt.

[00123] Em um exemplo, a Figura 11 mostra os contornos de eficiência de ida e volta para um sistema de água/sal, tal como, por exemplo, o sistema de água/sal nas Figuras 8 e 9 com T0 = 273 K (0 °C), a T1 = 373 K (100 °C) e uma taxa de compressão de r = 5,65 escolhida para conseguir a compatibilidade com o sal (is) no lado quente. Exemplos de contornos de eficiência de ida e volta em valores de tfarmazenado de 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% e 90% são mostrados como uma função das eficiências dos componentes nc e nt nos eixos x e y, respectivamente. Os símbolos representam o intervalo aproximado dos valores de eficiência adiabática da turbomáquinas atuais. As setas tracejadas representam a direção do aumento de eficiência.

[00124] A Figura 12 mostra os contornos de eficiência de ida e volta para um sistema de armazenamento/sal mais frio, tal como, por exemplo, um sistema de hexano/sal com um permutador de calor de gás-gás nas Figuras 13, 14, 17 e 18, com T0 = 194 K (-79 °C), a T1 = 494 K (221 °C) e uma taxa de compressão de r = 3,28. Exemplos de contornos de eficiência de ida e volta em valores de ^armazenado de 10%, 20%, 30%, 40%, 50%, 60%, 70%, 80% e 90% são mostrados como uma função das eficiências dos componentes nc e nt no eixo x e y, respectivamente. Os símbolos representam o intervalo aproximado dos valores de eficiência adiabática da turbomáquinas atuais. Como discutido em detalhe em outro local, o uso de hexano, heptano e/ou outro meio de CTS capaz de operar a baixa temperatura pode resultar em melhorias significativas da eficiência do sistema. C. Ciclos de armazenamento térmico bombeado com recuperação

[00125] Outro aspecto da divulgação é direcionado para sistemas térmicos bombeados com recuperação. Em algumas situações, os termos regeneração e recuperação podem ser usados de forma intercambiável, embora possam ter diferentes significados. Como usado aqui, os termos "recuperação" e "recuperador" geralmente se referem à presença de um ou mais permutadores de calor adicionais onde o fluido de trabalho troca calor consigo mesmo durante diferentes ciclos de um ciclo termodinâmico através de troca de calor contínua sem armazenamento térmico intermediário. A eficiência de ida e volta dos sistemas térmicos bombeados pode ser substancialmente melhorada se os intervalos de temperatura permitidos dos materiais de armazenamento puderem ser estendidos. Em algumas implementações, isso pode ser feito escolhendo-se um material ou meio no lado frio que pode ir a temperaturas abaixo de 273 K (0 °C). Por exemplo, um meio de CTS (por exemplo, hexano) com um limite de temperatura inferior de cerca de T0 = 179 K (-94 °C) pode ser utilizado em um sistema com um meio de HTS de sal fundido. Contudo, T+ (isto é, a temperatura mais baixa do fluido de trabalho no permutador de calor de lado quente) em algumas taxas de compressão (por exemplo, modestas) pode estar abaixo do ponto de congelação do sal fundido, tornando o sal fundido inviável como o meio de HTS. Em algumas implementações, isso pode ser resolvido incluindo um fluido de trabalho no permutador de calor de fluido de trabalho (por exemplo, gás-gás) (também "recuperador" aqui) no ciclo.

[00126] A Figura 13 é um fluxograma esquemático de fluido de trabalho e meio de armazenamento de calor de um sistema térmico bombeado em um modo de carga/bomba de calor com um permutador de calor gás-gás 5 para o fluido de trabalho. O uso do permutador de calor gás-gás pode permitir o uso de um meio de armazenamento de calor mais frio no lado frio do sistema. O fluido de trabalho pode ser ar. O fluido de trabalho pode ser ar seco. O fluido de trabalho pode ser nitrogênio. O fluido de trabalho pode ser argônio. O fluido de trabalho pode ser uma mistura de principalmente argônio misturado com outro gás, como o hélio. Por exemplo, o fluido de trabalho pode compreender pelo menos cerca de 50% de argônio, pelo menos cerca de 60% de argônio, pelo menos cerca de 70% de argônio, pelo menos cerca de 80% de argônio, pelo menos cerca de 90% de argônio ou cerca de 100% de argônio, com equilíbrio de hélio.

[00127] A Figura 17 mostra um ciclo de carga de armazenamento de calor para o sistema de armazenamento na Figura 13 com um meio de armazenamento de lado frio (por exemplo, hexano líquido) capaz de descer até aproximadamente 179 K (-94 °C) e um sal fundido como o armazenamento de lado quente, e nc = 0,9 e nt = 0,95. O meio de CTS pode ser hexano ou heptano e o meio de HTS pode ser sal fundido. Em alguns casos, o sistema pode incluir quatro tanques de armazenamento de calor.

[00128] Em uma implementação, durante a carga nas Figuras 13 e 17, o fluido de trabalho entra no compressor em T1 e P2, sai do compressor em T1+ e P1, rejeita calor Q1 ao meio de HTS 21 no CFX de lado quente 2, que sai do CFX de lado quente 2 a T1 e P1, rejeita calor Qrecup (também “Qregen” aqui, como mostrado, por exemplo, nos desenhos anexos) para o fluido de trabalho de lado frio (baixa pressão) no permutador de calor ou recuperador 5, sai do recuperador 5 em T0+ e P1, rejeita o calor para o ambiente (ou outro dissipador de calor) na seção 38 (por exemplo, um radiador), entra na turbina 3 em T0+ e PI, sai da turbina a TO e P2, absorve o calor Q2 a partir do meio de CTS 22 no CFX de lado frio 4, que sai do CFX de lado frio 4 a T0+ e P2, absorve calor Qrecup a partir da fluido de trabalho de lado quente (alta pressão) no permutador de calor ou recuperador 5 e, finalmente, sai do recuperador 5 em T1 e P2, retornando ao seu estado inicial antes de entrar no compressor.

[00129] A Figura 14 é um fluxograma esquemático do fluido de trabalho e meio de armazenamento de calor do sistema térmico bombeado na Figura 13 em modo de descarga/motor de calor. Novamente, o uso do permutador de calor gás-gás pode permitir o uso de fluido de armazenamento de calor mais frio (CTS) e/ou fluido de trabalho mais frio no lado frio do sistema.

[00130] A Figura 18 mostra um ciclo de descarga de armazenamento de calor para o sistema de armazenamento para o sistema de armazenamento na Figura 14 com um meio de armazenamento de lado frio (por exemplo, hexano líquido) capaz de descer até 179 K (-94 °C) e um sal fundido como o armazenamento de lado quente, e nc = 0,9 e nt = 0,95. Novamente, o meio de CTS pode ser hexano ou heptano e o meio de HTS pode ser sal fundido, e o sistema pode incluir 4 tanques de armazenamento de calor.

[00131] Durante a descarga nas Figuras 14 e 18, o fluido de trabalho entra no compressor em T0 e P2, sai do compressor em T0+ e P1, absorve o calor Qrecup a partir do fluido de trabalho de lado frio (baixa pressão) no permutador de calor ou recuperador 5, sai do recuperador 5 em T1 e P1, absorve calor Q1 a partir do meio de HTS 21 no CFX de lado quente 2, sai do CFX de lado quente 2 em T1+ e P1, entra na turbina 3 em Ti+ e Pi, sai da turbina em T1 e P2, rejeita o calor para o ambiente (ou outro dissipador de calor) na seção 39 (por exemplo, um radiador), rejeita o calor Qrecup para o fluido de trabalho quente (alta pressão) no permutador de calor ou recuperador 5, entra no CFX de lado frio 4 em T0+ e P2, rejeita calor Q2 para o meio de CTS 22 no CFX de lado frio 4, e finalmente sai do CFX de lado frio 4 em T0 e P2, retornando ao seu estado inicial antes de entrar no compressor.

[00132] Em outra implementação, mostrada na Figura i5, o ciclo de carga permanece o mesmo das Figuras i3 e i7, exceto que o fluido de trabalho sai do recuperador 5 em T0+ e Pi (em vez de em T0+ e Pi, como nas Figuras i3 e i7), entra na turbina 3 em T0+ e Pi, sai da turbina em To e P2, absorve calor Q2 a partir do meio de CTS 22 tendo uma temperatura T0+ (em vez de em T0+ como nas Figuras 13 e 17) no CFX de lado frio 4, e sai do CFX de lado frio 4 em T0+ e P2 (em vez de em To+ e P2 como na Figura 13) antes de reentrar no recuperador 5. O calor entre as temperaturas To+ e T0+ não é mais rejeitado diretamente a partir do fluido de trabalho para o ambiente (como na seção 38 nas Figuras 13 e 17).

[00133] Durante a descarga na Figura 16, o ciclo de descarga permanece o mesmo das Figuras 14 e 8B, exceto que a temperatura do meio de HTS depositado no tanque 7 é alterada. O fluido de trabalho sai do recuperador 5 em T1 e PI (em vez de em T1 e P1, como nas Figuras 14 e 8B) e absorve calor Q1 do meio de HTS 21 no CFX de lado quente 2. O meio de HTS sai do CFX de lado quente 2 tendo uma temperatura T1 (em vez de T1 como nas Figuras 14 e 18). O fluido de trabalho então sai do CFX de lado quente 2 em T1+ e P1, entra na turbina 3 em T1+ e PI, e sai da turbina em T1 e P2 antes de reentrar no recuperador 5. O calor entre as temperaturas T1 e TI não é mais rejeitado diretamente do fluido de trabalho para o ambiente (como na seção 39 nas Figuras 14 e 18). Como na Figura 14, o meio de CTS entra no tanque 8 à temperatura T0+.

[00134] Após a descarga na Figura 16, em preparação para a carga na Figura 15, a permuta de calor com o ambiente pode ser utilizada para arrefecer o meio de HTS 21 a partir da temperatura T1 utilizada no ciclo de descarga para a temperatura T1 utilizada no ciclo de carga. Da mesma forma, a troca de calor com o ambiente pode ser usada para resfriar o meio de CTS 22 da temperatura T0+ usada no ciclo de descarga para a temperatura T0+ utilizada no ciclo de carga. Ao contrário da configuração nas Figuras 13 e 14, em que o fluido de trabalho pode precisar rejeitar uma quantidade substancial de calor (nas seções 38 e 39, respectivamente) a uma taxa rápida, nesta configuração, o meio de armazenamento de lado quente e frio pode ser arrefecido a uma taxa arbitrariamente lenta (por exemplo, por irradiar para longe ou por outros meios de liberar o calor para o ambiente).

[00135] Como mostrado na Figura 16, em algumas implementações, o calor pode ser rejeitado a partir do meio de CTS para o ambiente pela circulação do meio de CTS no tanque 8 em um dispositivo de rejeição de calor 55 que pode absorver calor a partir do meio de CTS e rejeitar calor para o meio ambiente até o meio de CTS esfriar a partir da temperatura To+ à temperatura T0+. Em alguns exemplos, o dispositivo de rejeição de calor 55 pode ser, por exemplo, um radiador, um banho térmico contendo uma substância tal como água ou água salgada, ou um dispositivo imerso em um corpo natural de água tal como um lago, rio ou oceano. Em alguns exemplos, o dispositivo de rejeição de calor 55 também pode ser um aparelho de refrigeração de ar, ou uma série de tubos que são conectados termicamente a um reservatório sólido (por exemplo, tubos embutidos no solo).

[00136] Similarmente, em algumas implementações, o calor pode ser rejeitado do meio de HTS para o meio ambiente pela circulação do HTS no tanque 7 em um dispositivo de rejeição de calor 56 que pode absorver calor do meio de HTS e rejeitar o calor para o meio ambiente até que o meio de HTS resfrie da temperatura T1 à temperatura Ti. Em alguns exemplos, o dispositivo de rejeição de calor 56 pode ser, por exemplo, um radiador, um banho térmico contendo uma substância tal como água ou água salgada, ou um dispositivo imerso em um corpo natural de água tal como um lago, rio ou oceano. Em alguns exemplos, o dispositivo de rejeição de calor 56 também pode ser um aparelho de refrigeração de ar ou uma série de tubos que são conectados termicamente a um reservatório sólido (por exemplo, tubos embutidos no solo).

[00137] Em algumas implementações, a rejeição de calor para o ambiente através da utilização do meio de armazenamento térmico pode ser usada em conjunto com ciclos de carga e/ou descarga de taxa de compressão variável descritos, por exemplo, na Figura 10. Neste sistema, apenas o meio de CTS pode trocar calor com o ambiente. Tal sistema também pode ser implementado com um recuperador para estender os intervalos de temperatura dos meios de HTS e CTS nos ciclos.

[00138] Em algumas implementações, três tanques de armazenamento de lado frio separados nas respectivas temperaturas To, T0+, e T+ podem ser usados (por exemplo, um tanque extra pode ser usado além dos tanques 8 e 9). Durante a troca de calor no CFX de lado frio 4 no ciclo de descarga, o calor do fluido de trabalho que sai do recuperador 5 pode ser transferido para o meio de CTS no T0+-tanque. O meio de CTS pode ser resfriado em/por, por exemplo, o dispositivo de rejeição de calor 55 antes de entrar no T0+-tanque. Em algumas implementações, três tanques de armazenamento de lado quente separados a temperaturas respectivas TI, T1, e T+ podem ser usados (por exemplo, um tanque extra pode ser usado além dos tanques 6 e 7). Durante a troca de calor no CFX de lado quente 2 no ciclo de descarga, o calor a partir do fluido de trabalho que sai do recuperador 5 pode ser transferido para o meio de HTS no T1-tanque. O meio de HTS pode ser resfriado em/por, por exemplo, o dispositivo de rejeição de calor 56 antes de entrar no T1-tanque. A rejeição de calor para ambiente de tal maneira pode apresentar várias vantagens. Em um primeiro exemplo, pode eliminar a necessidade de um fluido de trabalho potencialmente dispendioso para o permutador de calor de ambiente que seja capaz de absorver calor do fluido de trabalho a uma taxa proporcional à entrada/saída de energia do sistema. Os meios de HTS e CTS podem, em vez disso, rejeitar o calor durante períodos de tempo prolongados, reduzindo assim o custo da infraestrutura de refrigeração. Em um segundo exemplo, pode permitir que a decisão sobre quando o calor é rejeitado para o ambiente seja retardada, de modo que a troca de calor para ambiente possa ser realizada quando a temperatura (por exemplo, a temperatura ambiente) for mais favorável.

[00139] Nos ciclos de carga e descarga das Figuras 13 e 17 e Figuras 14 e 18, respectivamente, as mesmas taxas de compressão e valores de temperatura são usados tanto para carga quanto para descarga. Nesta configuração, a eficiência de ida e volta pode ser de cerca de narmazenado = 74%, como dado por To = 194 K (-79 °C), Ti = 494 K (221 °C). nt = 0,95, nc = 0,9 e r = 3,3.

[00140] Assim, em alguns exemplos envolvendo fluido de trabalho para recuperação de fluido de trabalho, a rejeição de calor no lado quente (alta pressão) do ciclo de carga fechado pode ocorrer em três operações (troca de calor com o meio de HTS, seguida de recuperação, seguida de rejeição de calor ao meio ambiente), e a rejeição de calor no lado frio (baixa pressão) do ciclo de descarga fechado pode ocorrer em três operações (rejeição de calor ao ambiente, seguida de recuperação, seguida de troca de calor com o meio de CTS). Como resultado da recuperação, o(s) tanque(s) de HTS de temperatura mais alta 6 pode permanecer em T1+ enquanto o(s) tanque(s) de HTS de temperatura mais baixa 7 pode estar agora na temperatura T1 > T0+, e o tanque de CTS de temperatura mais baixa(s) 9 pode permanecer em T0 enquanto o(s) tanque(s) CTS de temperatura mais alta 8 pode agora estar na temperatura T0+ < T1.

[00141] Em alguns casos, a recuperação pode ser implementada utilizando o permutador de calor 5 para transferência direta de calor entre o fluido de trabalho no lado de alta pressão e o fluido de trabalho no lado de baixa pressão. Em uma configuração alternativa, um par adicional (ou pluralidade) de permutadores de calor juntamente com um meio de transferência de calor ou fluido adicional (por exemplo, um fluido de transferência de calor térmico que seja líquido em um intervalo de temperatura apropriado, como, por exemplo, Therminol®) pode ser usado para obter recuperação. Por exemplo, um permutador de calor adicional pode ser adicionado em série com o permutador de calor de lado frio e um permutador de calor adicional pode ser adicionado em série com o permutador de calor de lado quente. O meio de transferência de calor adicional pode circular entre os dois permutadores de calor adicionais em um circuito de ciclo fechado. Em outros exemplos, um ou mais permutadores de calor adicionais podem ser colocados em outras partes do sistema para facilitar a recuperação. Além disso, um ou mais meios de transferência de calor adicionais ou suas misturas podem ser usados. O um ou mais fluidos de meio de transferência de calor adicionais podem estar em comunicação fluida ou térmica com um ou mais outros componentes, como, por exemplo, uma torre de resfriamento ou um radiador.

[00142] Em um exemplo, hexano ou heptano podem ser utilizados como um meio de CTS e o sal de nitrato pode ser utilizado como um meio de HTS. No lado de baixa pressão do ciclo, as temperaturas de operação dos ciclos de armazenamento térmico bombeado podem ser limitadas pelo ponto de fusão do hexano (178 K ou -95 °C) em T0 e pelo ponto de fusão do nitrato (494 K ou 221 °C) em T1. No lado de alta pressão do ciclo, as temperaturas de operação podem ser limitadas pelo ponto de ebulição do hexano (341 K ou 68 °C) em T0+ e pela decomposição do nitrato (873 K ou 600 °C) em T1+. Nestas condições, os intervalos de temperatura de alta pressão e baixa pressão podem se sobrepor de forma que a recuperação possa ser implementada. As temperaturas reais T0, T1, T0+ e T1+ e taxas de pressão implementadas nos sistemas de hexano/nitrato podem diferir dos limites acima.

[00143] Em alguns exemplos, a recuperação pode permitir que a taxa de compressão seja reduzida. Em alguns casos, a redução da taxa de compressão pode resultar na redução das perdas do compressor e da turbina. Em alguns casos, a taxa de compressão pode ser pelo menos cerca de 1,2, pelo menos cerca de 1,5, pelo menos cerca de 2, pelo menos cerca de 2,5, pelo menos cerca de 3, pelo menos cerca de 3,5, pelo menos cerca de 4, pelo menos cerca de 4,5 pelo menos cerca de 5, pelo menos cerca de 6, pelo menos cerca de 8, pelo menos cerca de 10, pelo menos cerca de 15, pelo menos cerca de 20, pelo menos cerca de 30 ou mais.

[00144] Em alguns casos, T0 pode ser pelo menos cerca de 30 K (-243,15 °C), pelo menos cerca de 50 K (-223,15 °C), pelo menos cerca de 80 K (-193,15 °C), pelo menos cerca de 100 K (-173,15 °C), pelo menos cerca de 120 K (-153,15 °C), pelo menos cerca de 140 K (-133,15 °C), pelo menos cerca de 160 K (-113,15 °C), pelo menos cerca de 180 K (-93,15 °C), pelo menos cerca de 200 K (-73,15 °C), pelo menos cerca de 220 K (-53,15 °C), pelo menos cerca de 240 K (-33,15 °C), pelo menos cerca de 260 K (-13,15 °C), ou pelo menos cerca de 280 K (6,85 °C). Em alguns casos, T0+ pode ser pelo menos cerca de 220 K (-53,15 °C), pelo menos cerca de 240 K (-33,15 °C), pelo menos cerca de 260 K (-13,15 °C), pelo menos cerca de 280 K (6,85 °C), pelo menos cerca de 300 K (26,85 °C), pelo menos 320 K (46,85 °C), pelo menos 340 K (66,85 °C), pelo menos 360 K (86,85 °C), pelo menos cerca de 380 K (106,85 °C), pelo menos cerca de 400 K (126,85 °C), ou mais. Em alguns 320casos, as temperaturas T0 e T0+ podem ser restringidas pela capacidade de rejeitar o excesso de calor para o ambiente à temperatura ambiente. Em alguns casos, as temperaturas T0 e T0+ podem ser restringidas pelas temperaturas de operação do CTS (por exemplo, uma temperatura de transição de fase). Em alguns casos, as temperaturas T0 e T0+ podem ser restringidas pela taxa de compressão utilizada. Qualquer descrição das temperaturas T0 e/ou T0+ aqui pode ser aplicada a qualquer sistema ou método da divulgação.

[00145] Em alguns casos, T1 pode ser pelo menos cerca de 350 K (76,85 °C), pelo menos cerca de 400 K (126,85 °C), pelo menos cerca de 440 K (166,85 °C), pelo menos cerca de 480 K (206,85 °C), pelo menos cerca de 520 K (246,85 °C), pelo menos cerca de 560 K (286,85 °C), pelo menos cerca de 600 K (326,85 °C), pelo menos cerca de 640 K (366,85 °C), pelo menos cerca de 680 K (406,85 °C), pelo menos cerca de 720 K (446,85 °C), pelo menos cerca de 760 K (486,85 °C), pelo menos cerca de 800 K (526,85 °C), pelo menos cerca de 840 K (566,85 °C), pelo menos cerca de 880 K (606,85 °C), pelo menos cerca de 920 K (646,85 °C), pelo menos cerca de 960 K (686,85 °C), pelo menos cerca de 1000 K (726,85 °C), pelo menos cerca de 1100 K (826,85 °C), pelo menos cerca de 1200 K, pelo menos cerca de 1300 K, pelo menos cerca de 1400 K (1126,85 °C), ou mais. Em alguns casos, T1+ pode ser pelo menos cerca de 480 K (206,85 °C), pelo menos cerca de 520 K (246,85 °C), pelo menos cerca de 560 K (286,85 °C), pelo menos cerca de 600 K (326,85 °C), pelo menos cerca de 640 K (366,85 °C), pelo menos cerca de 680 K (406,85 °C), pelo menos cerca de 720 K (446,85 °C), pelo menos cerca de 760 K (486,85 °C), pelo menos cerca de 800 K (526,85 °C), pelo menos cerca de 840 K (566,85 °C), pelo menos cerca de 880 K (606,85 °C), pelo menos cerca de 920 K (646,85 °C), pelo menos cerca de 960 K (686,85 °C), pelo menos cerca de 1000 K (726,85 °C), pelo menos cerca de 1100 K (826,85 °C), pelo menos cerca de 1200 K (926,85 °C), pelo menos cerca de 1300 K (1026,85 °C), pelo menos cerca de 1400 K (1126,85 °C), pelo menos cerca de 1500 K (1226,85 °C), pelo menos cerca de 1600 K (1326,85 °C), pelo menos cerca de 1700 K (1426,85 °C), ou mais. Em alguns casos, as temperaturas T1 e T1+ podem ser restringidas pelas temperaturas de operação do HTS. Em alguns casos, as temperaturas T1 e T1+ podem ser restringidas pelos limites térmicos dos metais e materiais sendo usados no sistema. Por exemplo, um sal solar convencional pode ter um intervalo de temperatura recomendado de aproximadamente 560-840 K (286,85 - 566,85 °C). Várias melhorias no sistema, como, por exemplo, maior eficiência de ida e volta, maior potência e maior capacidade de armazenamento podem ser realizadas conforme materiais disponíveis, metalurgia e materiais de armazenamento melhoram com o tempo e permitem que diferentes intervalos de temperatura sejam alcançados. Qualquer descrição das temperaturas T1 e/ou T1+ aqui pode ser aplicada a qualquer sistema ou método da divulgação.

[00146] Em alguns casos, a eficiência de ida e volta narmazenado (por exemplo, a eficiência de armazenamento de eletricidade) com e/ou sem recuperação pode ser pelo menos cerca de 5%, pelo menos cerca de 10%, pelo menos cerca de 15%, pelo menos cerca de 20%, pelo menos cerca de 25%, pelo menos cerca de 30%, pelo menos cerca de 35%, pelo menos cerca de 40%, pelo menos cerca de 45%, pelo menos cerca de 50%, pelo menos cerca de 55%, pelo menos cerca de 60% %, pelo menos cerca de 70%, pelo menos cerca de 75%, pelo menos cerca de 80%, pelo menos cerca de 85%, pelo menos cerca de 90%, ou pelo menos cerca de 95%.

[00147] Em algumas implementações, pelo menos uma parte da transferência de calor no sistema (por exemplo, transferência de calor para e do fluido de trabalho) durante um ciclo de carga e/ou descarga inclui transferência de calor com o ambiente (por exemplo, transferência de calor nas seções 38 e 39). O restante da transferência de calor no sistema pode ocorrer através de comunicação térmica com meio de armazenamento térmico (por exemplo, meio de armazenamento térmico 21 e 22), através de transferência de calor no recuperador 5 e/ou através de vários processos de transferência de calor dentro dos limites de sistema (ou seja, não com o ambiente circundante). Em alguns exemplos, o ambiente pode se referir a reservatórios gasosos ou líquidos ao redor do sistema (por exemplo, ar, água), qualquer sistema ou meio capaz de trocar energia térmica com o sistema (por exemplo, outro ciclo ou sistema termodinâmico, sistemas de aquecimento/resfriamento, etc.), ou qualquer combinação destes. Em alguns exemplos, o calor transferido através de comunicação térmica com o meio de armazenamento de calor pode ser pelo menos cerca de 25%, pelo menos cerca de 50%, pelo menos cerca de 60%, pelo menos cerca de 70%, pelo menos cerca de 80%, ou pelo menos cerca de 90% de todo o calor transferido no sistema. Em alguns exemplos, o calor transferido através de transferência de calor no recuperador pode ser pelo menos cerca de 5%, pelo menos cerca de 10%, pelo menos cerca de 15%, pelo menos cerca de 20%, pelo menos cerca de 25%, pelo menos cerca de 50%, ou pelo menos cerca de 75% de todo o calor transferido no sistema. Em alguns exemplos, calor transferido através de comunicação térmica com o meio de armazenamento de calor e através de transferência de calor no recuperador pode ser pelo menos cerca de 25%, pelo menos cerca de 50%, pelo menos cerca de 60%, pelo menos cerca de 70%, pelo menos 80%, pelo menos cerca de 90%, ou mesmo cerca de 100% de todo o calor transferido no sistema. Em alguns exemplos, o calor transferido através da transferência de calor com o ambiente pode ser inferior a cerca de 5%, inferior a cerca de 10%, inferior a cerca de 15%, inferior a cerca de 20%, inferior a cerca de 30%, inferior a cerca de 40% inferior a cerca de 50%, inferior a cerca de 60%, inferior a cerca de 70%, inferior a cerca de 80%, inferior a cerca de 90%, inferior a cerca de 100% ou mesmo a 100% de todo o calor transferido no sistema. Em algumas implementações, toda a transferência de calor no sistema pode ser com o meio de armazenamento térmico (por exemplo, a meio de CTS e HTS), e somente o meio de armazenamento térmico pode conduzir a transferência de calor com o ambiente.

[00148] Os ciclos térmicos bombeados da divulgação (por exemplo, os ciclos nas Figuras 13 e 14) podem ser implementados através de várias configurações de tubos e válvulas para transportar o fluido de trabalho entre as turbomáquinas e os permutadores de calor. Em algumas implementações, um sistema de válvulas pode ser usado de forma que os diferentes ciclos do sistema possam ser trocados mantendo o mesmo ou quase o mesmo perfil de temperatura em pelo menos um, através de um subconjunto ou através de todos os permutadores de calor de contrafluxo no sistema. Por exemplo, a válvula pode ser configurada de modo que o fluido de trabalho possa passar através dos permutadores de calor em direções de fluxo opostas na carga e descarga e direções de fluxo do meio de HTS e CTS são invertidas por inverter a direção das bombas.

[00149] Em algumas implementações, o sistema com um recuperador pode ter uma taxa de compressão e/ou expansão diferente na carga e descarga. Isto pode então envolver a rejeição de calor em apenas um ou ambos os locais de rejeição de calor 38 e 39 como mostrado na Figura 5C ao longo das linhas descritas acima.

[00150] A Figura 19 é um fluxograma esquemático de recarga de lado quente em um ciclo de calor bombeado em modo solar com aquecimento de um sal solar apenas por energia solar. O sistema pode incluir um aquecedor solar para aquecer o armazenamento de calor de lado quente. O meio de HTS 21 no segundo tanque de armazenamento térmico quente 7 de um ciclo de descarga, tal como, por exemplo, o meio de HTS do ciclo de descarga na Figura 14, pode ser recarregado dentro do elemento 17 usando o aquecimento fornecido pela radiação solar. O meio de HTS (por exemplo, sal fundido) pode ser aquecido por aquecimento solar a partir da temperatura T1 no segundo tanque de armazenamento térmico quente 7 para a temperatura T1+ no primeiro tanque de armazenamento térmico quente 6.

[00151] Em algumas implementações, tais como, por exemplo, para os sistemas nas Figuras 19 calor solar para aquecimento do meio de HTS (por exemplo, de T1 = 493 K (220 °C) até T1+ = 873 K (600 °C)) pode ser fornecido por uma instalação solar de concentração. Em alguns exemplos, uma instalação de concentração de pequena escala pode ser utilizada para fornecer calor. Em alguns casos, a instalação solar concentrada pode incluir um ou mais componentes para alcançar alta eficiência de concentração solar, incluindo, por exemplo, atuadores de alto desempenho (por exemplo, atuadores fluídicos adaptáveis fabricados a partir de polímeros), sistema de controle de multiplicação, layout de heliostato denso etc. Em alguns exemplos, o calor fornecido para aquecer o meio de HTS (por exemplo, no elemento 17) pode ser um fluxo de calor residual a partir da instalação solar de concentração.

[00152] A Figura 20 é um fluxograma esquemático de um ciclo de descarga de sistema térmico bombeado que pode ser acoplado com entrada de calor externa (por exemplo, solar, combustão) com rejeição de calor para ambiente. Tal ciclo de descarga pode ser usado, por exemplo, em situações em que a capacidade de recarga de lado quente (por exemplo, usando aquecimento solar, calor residual ou combustão) é maior do que a capacidade de recarga de lado frio. O calor solar pode ser usado para carregar o meio de HTS 21 nos tanques de armazenamento de T1 para T1+, como descrito aqui em outro local. O ciclo de descarga pode funcionar de forma semelhante ao ciclo de descarga na Figura 3, mas depois de sair da turbina 3, o fluido de trabalho 20 pode prosseguir para o CFX de lado frio 4 permutador de calor 4 onde troca de calor com um meio de armazenamento térmico intermediário (ITS) 61 tendo uma temperatura inferior T0 em ou próxima da temperatura ambiente. O meio de ITS 61 entra no CFX de lado frio 4 a partir de um segundo tanque de armazenamento térmico intermediário 59 à temperatura T0 (por exemplo, temperatura ambiente) e sai do CFX de lado frio 4 para um primeiro tanque de armazenamento térmico intermediário 60 à temperatura T1 , enquanto o fluido de trabalho 20 entra no CFX de lado frio 4 à temperatura T1 e sai do CFX de lado frio 4 à temperatura T0. O fluido de trabalho entra no compressor 1 em T0 e P2, sai do compressor em T0+ e P1, absorve calor Q1 do meio de HTS 21 no CFX de lado quente 2, sai do CFX de lado quente 2 em T1+ e P1, entra na turbina 3 em T1+ e P1, sai da turbina em T1 e P2, Q2 rejeita calor Q2 a partir do seu meio de ITS 61 no CFX de lado frio 4, e sai do CFX de lado frio 4 a T0 e P2, retornando ao seu estado inicial, antes de entrar no compressor.

[00153] Em algumas implementações, o meio de ITS 61 pode ser um líquido em todo o intervalo de TO para T1 . Em outras implementações, o meio de ITS 61 pode não ser líquido em todo o intervalo de TO para T1 , mas pode ser fornecido ao permutador de calor de contrafluxo 4 a uma taxa de fluxo superior de modo a conseguir um menor aumento de temperatura através do permutador de calor de contrafluxo (por exemplo, tal que a temperatura do meio de ITS na saída do permutador de calor de contrafluxo 4 seja menor que T1 ) enquanto arrefece o fluido de trabalho de T1 para To. Neste caso, a temperatura do meio de ITS no tanque 60 pode ser menor do que T1 . O meio de ITS no tanque 60 pode trocar calor com o ambiente (por exemplo, através de um radiador ou outras implementações aqui descritas) para resfriar de volta para a temperatura T0. Em alguns casos, o meio de ITS pode então ser devolvido ao tanque 59. Em alguns casos, o calor depositado no meio de ITS pode ser utilizado para vários fins úteis, tais como, por exemplo, aquecimento residencial ou comercial, dessalinização térmica ou outros usos aqui descritos em outro local.

[00154] A Figura 21 é um fluxograma esquemático de um ciclo de descarga de um sistema térmico bombeado no modo solar ou modo aquecido de combustão com rejeição de calor para um fluido intermediário circulado em um banho térmico à temperatura ambiente. O ciclo de descarga pode funcionar de forma semelhante ao ciclo de descarga na Figura 20, mas depois de sair da turbina 3, o fluido de trabalho 20 pode prosseguir para o CFX de lado frio 4 onde troca calor com um meio ou fluido intermediário 62 circulando através de um banho térmico 63 à temperatura T0 em ou próximo da temperatura ambiente. O meio ou fluido intermediário 62 (por exemplo, Therminol®, ou um óleo de transferência de calor) pode ser usado para trocar calor entre o fluido de trabalho e um banho térmico 63 no CFX de lado frio 4. O uso do fluido intermediário 62 pode fornecer uma vantagem sobre o contato com um dissipador de calor ou meio barato (por exemplo, água) diretamente com o fluido de trabalho. Por exemplo, o contato direto desse meio térmico com o fluido de trabalho no CFX de lado frio 4 pode causar problemas, como, por exemplo, evaporação ou sobre-pressurização (por exemplo, explosão) do meio térmico. O fluido intermediário 62 pode permanecer na fase líquida ao longo de todo, pelo menos uma porção de, ou uma porção significativa da operação no CFX de lado frio 4. Quando o fluido intermediário 62 passa através do banho térmico 58, pode ser suficientemente arrefecido para circular de volta para o CFX de lado frio 4 para resfriar o fluido de trabalho de 𝑇 ̃ 1 para T0. O banho térmico 63 pode conter uma grande quantidade de material ou meio de dissipador de calor barato, tal como, por exemplo, água. Em alguns casos, o calor depositado no material de dissipador de calor pode ser utilizado para vários fins úteis, tais como, por exemplo, aquecimento residencial ou comercial, dessalinização térmica ou outras utilizações aqui descritas em outro local. Em alguns casos, o material de dissipador de calor pode ser reequilibrado com a temperatura ambiente (por exemplo, através de um radiador ou outras implementações aqui descritas).

[00155] Em algumas implementações, os ciclos de descarga nas Figuras 20 e/ou 21 podem incluir um recuperador, como descrito em maior detalhe em exemplos ao longo da divulgação. Tais sistemas podem ser implementados usando as temperaturas T1+, T1, T0+ e T0, descrito em maior detalhe em outro local. D. Ciclos de armazenamento térmico bombeado assistido por energia solar com interarrefecimento

[00156] Em alguns casos, o sistema térmico bombeado pode fornecer fontes de calor e/ou fontes de frio para outras instalações ou sistemas, tais como, por exemplo, através da colocalização com uma instalação de gás para líquidos (GTL) ou uma instalação de dessalinização. Em um exemplo, as instalações de GTL podem fazer uso de um ou mais reservatórios frios no sistema (por exemplo, o meio de CTS no tanque 9 para uso na separação de oxigênio na instalação de GTL) e/ou um ou mais reservatórios quentes no sistema (por exemplo, o meio de HTS no tanque 6 para uso em um processo de Fischer-Tropsch na instalação de GTL). Em outro exemplo, um ou mais reservatórios quentes ou um ou mais reservatórios frios no sistema térmico bombeado podem ser utilizados para a operação de métodos de dessalinização térmica. Outros exemplos de usos possíveis de calor e frio incluem co-localização ou troca de calor com sistemas de aquecimento/arrefecimento de edifícios/áreas.

[00157] Inversamente, em alguns casos, o sistema térmico bombeado pode utilizar fontes de calor residual e/ou fontes de frio residual de outras instalações ou sistemas, como, por exemplo, através da co-localização com um terminal de importação ou exportação de gás natural liquefeito. Por exemplo, uma fonte de frio residual pode ser usada para resfriar o meio de armazenamento térmico de lado frio 22. Em algumas implementações, a carga de lado frio usando frio residual pode ser combinado com recarga do meio de armazenamento térmico de lado quente 21 pela entrada externa de calor (por exemplo, solar, combustão, calor residual, etc.). Em alguns casos, o meio de armazenamento recarregado pode então ser usado em um ciclo de descarga como, por exemplo, os ciclos de descarga nas Figuras 14 ou 16. Em alguns casos, o sistema térmico bombeado pode ser usado como um motor de calor com uma fonte de calor residual que serve como entrada de calor de lado quente e como fonte de frio residual servindo como dissipador de calor de lado frio. Em outra implementação, o meio de armazenamento de lado quente pode ser recarregado utilizando uma versão modificada do ciclo mostrado na Figura 15, onde a temperatura T0 é sobre a temperatura ambiente T0+ e corresponde a uma temperatura acima da temperatura ambiente. Em alguns exemplos, uma fonte de calor residual pode ser usada para fornecer o calor necessário a uma temperatura de pelo menos T0+ para aquecer o fluido de trabalho e/ou o meio de CTS para T0+. Em outra implementação, um fluido intermediário (por exemplo, Therminol ®) que pode permanecer líquido entre as temperaturas T0+ e TO pode ser usado para transferir o calor a partir da fonte de calor residual para o fluido de trabalho. E.Sistemas térmicos bombeados com pares de compressor/turbina dedicados

[00158] Em um aspecto adicional da divulgação, são fornecidos sistemas térmicos bombeados compreendendo múltiplos sistemas de fluido de trabalho, ou percursos de fluxo de fluido de trabalho. Em alguns casos, os componentes do sistema térmico bombeado nos modos de carga e descarga podem ser os mesmos. Por exemplo, o mesmo par de compressor/turbina pode ser usado em ciclos de carga e descarga. Alternativamente, um ou mais componentes do sistema podem diferir entre os modos de carga e descarga. Por exemplo, pares separados de compressor/turbina podem ser usados em ciclos de carga e descarga. Em uma implementação, o sistema possui um conjunto de permutadores de calor, e um conjunto comum de tanques de HTS e CTS que são carregados ou descarregados por dois pares ou conjuntos de compressores e turbinas. Em outra implementação, o sistema possui um conjunto comum de tanques de HTS e CTS, mas conjuntos separados de permutadores de calor e conjuntos separados de compressores e turbinas.

[00159] Sistemas térmicos bombeados com recuperação, utilização de fontes externas de calor, frio e/ou calor/frio residual podem se beneficiar de ter pares de compressor/turbina separados como resultado da operação de turbomáquinas em grandes e/ou diferentes intervalos de temperatura nos modos de carga e descarga. Por exemplo, mudanças de temperatura entre ciclos de carga e descarga podem levar a um período de ajuste térmico ou outras dificuldades durante a transição entre os ciclos (por exemplo, questões ou fatores relacionados à metalurgia, expansão térmica, número de Reynolds, taxas de compressão dependentes da temperatura, ou fricção de rolamento e/ou folga de ponta etc.). Em outro exemplo, turbomáquinas (por exemplo, turbomáquinas usadas em sistemas com recuperação) podem operar sobre uma taxa de pressão relativamente baixa (por exemplo, com relativamente poucas etapas de compressão), mas sobre temperaturas relativamente grandes durante a compressão e a expansão. Os intervalos de temperatura podem mudar (por exemplo, mudar como nas Figuras 17 e 18) entre os modos de carga e descarga. Em alguns casos, a operação em grandes intervalos de temperatura durante a compressão e/ou expansão pode complicar o projeto de um compressor/turbina combinado tanto para carga quanto para descarga. Além disso, a recuperação, incorporação de calor/frio residual e/ou outros recursos do sistema térmico bombeado podem reduzir a taxa de compressão do compressor/turbina no ciclo de carga e/ou o ciclo de descarga, reduzindo assim o custo associado à duplicação de conjuntos de compressor/turbina.

[00160] As Figuras 22 e 23 mostram sistemas térmicos bombeados com pares de compressor 1/turbina 3 separados para o modo de carga C e modo de descarga D. Os pares de compressor/turbina separados podem ou não ser agrupados em uma haste mecânica comum. Neste exemplo, os pares de compressor/turbina C e D podem ter hastes separadas 10. As hastes 10 podem rodar à mesma velocidade ou velocidades diferentes. Os pares de compressor/turbina separados ou sistemas de fluido de trabalho podem ou não compartilhar permutadores de calor (por exemplo, os permutadores de calor 2 e 4).

[00161] No exemplo da Figura 22, o sistema tem um conjunto comum de tanques de HTS 6 e 7 e tanques de CTS 8 e 9. O sistema tem pares separados de permutadores de calor 2 e 4 e pares separados de compressor 1/turbina 3 para o modo de carga C e modo de descarga D. Os percursos de fluxo de meio de armazenamento de HTS e CTS para o ciclo de carga são mostrados como linhas pretas sólidas. Os percursos de fluxo de meio de armazenamento de HTS e CTS para o ciclo de descarga são mostrados como linhas cinza tracejadas.

[00162] No exemplo da Figura 23, o sistema, mostrado em uma configuração de carga, tem um conjunto de permutadores de calor 2 e 4, e um conjunto comum de tanques de HTS 6 e 7 e tanques de CTS 8 e 9. Os tanques de HTS e CTS podem ser carregados por um compressor/conjunto de turbina C, ou descarregados por um conjunto de compressor/turbina D, cada conjunto compreendendo um compressor 1 e uma turbina 3. O sistema pode comutar entre os conjuntos C e D utilizando as válvulas 83. No exemplo da Figura 22, o sistema, novamente mostrado em uma configuração de carga, tem um conjunto comum de tanques de HTS 6 e 7 e tanques de CTS 8 e 9. Os tanques de HTS e CTS podem ser carregados pelo conjunto de carga C que inclui um primeiro conjunto de permutadores de calor 2 e 4, o compressor 1 e a turbina 3. Os tanques de HTS e CTS podem ser descarregados por comutar para um conjunto de descarga C separado que inclui um segundo conjunto de permutadores de calor 2 e 4, o compressor 1 e a turbina 3.

[00163] Em um exemplo, se os conjuntos de carga e descarga de compressores e turbinas nas Figuras 22 e 23 não são operados ao mesmo tempo, os conjuntos de carga e descarga podem compartilhar um conjunto comum de permutadores de calor que são comutados entre os pares de turbomáquinas utilizando as válvulas 83. Em um outro exemplo, se os conjuntos ou pares de turbomáquinas de carga e descarga em Figuras 22 e 23 são operados ao mesmo tempo (por exemplo, para que um conjunto carregue, após a geração intermitente, e o outro seja descarregado ao mesmo tempo, após a carga), então cada conjunto de turbomáquinas pode ter um conjunto dedicado de permutadores de calor. Neste caso, os conjuntos de carga e descarga podem ou não compartilhar um conjunto de tanques de HTS e CTS.

[00164] Em algumas implementações, conjuntos ou pares separados de compressores/turbinas podem ser vantajosamente usados em sistemas térmicos bombeados usados com entradas de energia elétrica intermitentes e/ou variáveis. Por exemplo, um primeiro conjunto de compressor/turbina pode ser usado em um ciclo de carga que segue energia eólica e/ou solar (por exemplo, entrada de energia elétrica de sistemas de energia eólica e/ou solar) enquanto um segundo conjunto de compressor/turbina pode ser usado em um ciclo de descarga que segue carga (por exemplo, saída de energia elétrica para uma grade elétrica). Nesta configuração, sistemas térmicos bombeados colocados entre um sistema de geração de energia e uma carga podem auxiliar na suavização de variações/flutuações nos requisitos de energia de entrada e/ou saída.

F. Sistemas térmicos bombeados híbridos

[00165] De acordo com outro aspecto da divulgação, os sistemas térmicos bombeados podem ser aumentados por processos de conversão de energia adicionais e/ou podem ser utilizados diretamente como sistemas de conversão de energia sem armazenamento de energia (isto é, como sistemas de geração de energia). Em alguns exemplos, os sistemas térmicos bombeados podem ser modificados para permitir a geração direta de energia usando gás natural, combustível diesel, gás de petróleo (por exemplo, propano/butano), éter dimetílico, óleo combustível, aparas de madeira, gás de aterro, hexano, hidrocarbonetos ou qualquer outra substância combustível (por exemplo, combustível fóssil ou biomassa) para adicionar calor ao fluido de trabalho em um lado quente de um ciclo de fluido de trabalho e um dissipador de calor frio (por exemplo, água) para remover calor do fluido de trabalho em um lado frui do ciclo de fluido de trabalho.

[00166] As Figuras 24 e 25 mostram sistemas térmicos bombeados configurados no modo de geração. Em alguns exemplos, os sistemas térmicos bombeados podem ser modificados pela adição de dois permutadores de calor adicionais 40 e 41, quatro válvulas adicionais 19a, 19b, 19c e 19d, um dissipador de calor (por exemplo, um sistema de arrefecimento de água; água de um reservatório de água doce como um rio, um lago ou um reservatório, água salgada de um reservatório de água salgada como um mar ou um oceano, resfriamento de ar usando radiadores, ventiladores /sopradores, convecção ou um dissipador de calor ambiental como solo/terra, ar frio etc) 42, e uma fonte de calor (por exemplo, uma câmara de combustão com uma mistura de oxidante- combustível) 43. A fonte de calor 43 pode trocar calor com um primeiro dos dois permutadores de calor adicionais 40, e o dissipador de calor 42 pode trocar calor com um segundo dos dois permutadores de calor adicionais 41. A fonte de calor 43 pode ser utilizada para trocar calor com o fluido de trabalho 20.

[00167] A fonte de calor 43 pode ser uma fonte de calor de combustão. Em alguns exemplos, a fonte de calor de combustão pode compreender uma câmara de combustão para a combustão de uma substância combustível (por exemplo, um combustível fóssil, um combustível sintético, resíduos sólidos urbanos (MSW) ou biomassa). Em alguns casos, a câmara de combustão pode ser separada a partir do permutador de calor 40. Em alguns casos, o permutador de calor 40 pode compreender a câmara de combustão. A fonte de calor 43 pode ser uma fonte de calor residual, tal como, por exemplo, calor desperdiçado a partir de uma planta elétrica, um processo industrial (por exemplo, exaustão do forno).

[00168] Em alguns exemplos, um aquecedor solar, uma fonte de calor de combustão, uma fonte de calor residual, ou qualquer combinação destes, pode ser usado para aquecer o fluido de armazenamento de calor de lado quente e/ou o fluido de trabalho. Em um exemplo, o fluido de trabalho pode ser aquecido diretamente usando qualquer uma dessas fontes de calor. Em outro exemplo, o fluido de armazenamento de calor de lado quente (ou meio de HTS) pode ser aquecido utilizando qualquer uma destas fontes de calor. Em outro exemplo, o fluido de armazenamento de calor de lado quente (ou meio de HTS) pode ser aquecido em paralelo com o fluido de trabalho utilizando qualquer uma destas fontes de calor.

[00169] Os sistemas térmicos bombeados nas Figuras 24 e 25 podem ser operados como sistemas híbridos. Por exemplo, as válvulas 19a, 19b, 19c e 19d podem ser usadas para alternar entre dois modos. Quando as válvulas estão em uma primeira posição, o sistema pode operar como um sistema de armazenamento térmico bombeado (por exemplo, sistema fechado no modo de carga/descarga). Nesta configuração, o fluido de trabalho 20 (por exemplo, argônio ou ar) pode trocar calor com um meio de HTS (por exemplo, sal fundido) no permutador de calor de lado quente 2 e com um meio de CTS (por exemplo, hexano) no permutador de calor de lado frio 4. Quando as válvulas estão em uma segunda posição, o sistema pode operar como um sistema de geração de energia (por exemplo, sistema aberto no modo de geração). Nesta configuração, os permutadores de calor 2 e 4 podem ser desviados, e o fluido de trabalho 20 pode trocar calor com a câmara de combustão 43 no permutador de calor de lado quente 40 e com o dissipador de calor 42 no permutador de calor de lado frio 41. A configuração e/ou projeto de processos de transferência de calor (por exemplo, transferência de calor em permutadores de calor) aqui descritos em relação a sistemas térmicos bombeados também podem ser aplicados a sistemas térmicos bombeados híbridos e vice-versa. Por exemplo, o dissipador de calor 42, a fonte de calor 43, os permutadores de calor 40 e 41 e/ou a quantidade de calor transferida no lado frio e/ou no lado quente podem ser configurados para diminuir ou minimizar a geração de entropia associada aos processos de transferência de calor e/ou maximizar a eficiência do sistema.

[00170] Em algumas implementações, os sistemas híbridos podem operar em modos de armazenamento e geração simultaneamente. Por exemplo, as válvulas 19a, 19b, 19c e 19d podem ser configuradas para permitir uma dada divisão entre uma taxa de fluxo de fluido de trabalho para os permutadores de calor 40 e 41 e uma taxa de fluxo de fluido de trabalho para os permutadores de calor 2 e 4. Alternativamente, os sistemas híbridos podem operar exclusivamente no modo de armazenamento, ou exclusivamente no modo de geração (por exemplo, como uma planta de pico de gás natural). Em alguns casos, a divisão entre os modos pode ser selecionada com base na eficiência do sistema, entrada de energia elétrica disponível (por exemplo, com base na disponibilidade), saída de energia elétrica desejada (por exemplo, com base na demanda de carga) etc. Por exemplo, eficiência térmica de um sistema ideal (isto é, assumindo processos de compressão e expansão isentrópicos, processos ideais de transferência de calor) operando exclusivamente no modo de geração pode ser a eficiência térmica de um fluido de trabalho submetido a um ciclo de Brayton ideal. Em alguns exemplos, eficiências térmicas em sistemas híbridos da divulgação (por exemplo, operação de modo exclusivo e/ou dividido) podem ser pelo menos cerca de 10%, pelo menos 20%, pelo menos cerca de 30%, pelo menos cerca de 40%, pelo menos cerca de 50%, pelo menos cerca de 60%, ou mais.

[00171] A fonte de calor 43 pode ser usada para trocar calor com um meio de HTS (por exemplo, um sal fundido). Por exemplo, a fonte de calor de combustão 43 pode ser usada para aquecer o meio de HTS 21. Em alguns casos, em vez de usar a fonte de calor de combustão 43 para trocar calor no permutador de calor 40 ou para trocar calor entre gases de combustão a partir da fonte de calor de combustão e o fluido de trabalho, a fonte de calor de combustão 43 pode ser utilizada para aquecer o meio de HTS 21 entre os dois tanques de HTS 7 e 6.

[00172] A Figura 26 é um fluxograma esquemático de recarga de lado quente em um ciclo de calor bombeado através de aquecimento pela fonte de calor 43 (por exemplo, fonte de calor de combustão, fonte de calor residual). Em um exemplo, a fonte de calor 43 é uma fonte de calor residual, tal como uma fonte de calor residual de uma refinaria ou outra instalação de processamento. Em um exemplo, a fonte de calor 43 é obtida a partir da combustão de gás natural para garantir a entrega de eletricidade mesmo se o sistema térmico bombeado ficar sem meio de armazenamento carregado. Por exemplo, a recarga do meio de armazenamento de lado quente usando a fonte de calor 43 pode fornecer uma vantagem sobre a recarga usando eletricidade ou outros meios (por exemplo, o preço da eletricidade no momento pode ser muito alto). A fonte de calor 43 pode ser usada para aquecer o meio de HTS 21 a partir da temperatura T1 no tanque 7 para a temperatura T1+ no tanque 6. O meio de HTS pode então ser usado no CFX 2 para trocar calor com o fluido de trabalho em um ciclo de descarga, tal como, por exemplo, os ciclos de descarga nas Figuras 20 e 21.

[00173] Em alguns exemplos, como, por exemplo, quando o meio de CTS é uma substância combustível, como um combustível fóssil (por exemplo, hexano ou heptanos), a queima do meio de CTS armazenado nos tanques de CTS (por exemplo, os tanques 8 e 9) pode ser utilizada para fornecer energia térmica para aquecer o meio de HTS como mostrado, por exemplo, na Figura 26 ou para operação dos ciclos nas configurações mostradas, por exemplo, nas Figuras 24 e 25.

[00174] Os sistemas da divulgação podem ser capazes de funcionar tanto em um ciclo de armazenamento de eletricidade apenas (compreendendo transferência de calor com um meio de HTS e um meio de CTS abaixo da temperatura ambiente) como em um motor de calor para ciclo ambiente, onde, em um modo de descarga, calor é inserido a partir do meio de HTS para o fluido de trabalho e rejeitado para o meio ambiente em vez de para o meio de CTS. Esta capacidade pode permitir o uso de aquecimento do HTS com substâncias combustíveis (por exemplo, como mostrado na Figura 26) ou o uso de aquecimento solar do HTS (por exemplo, como mostrado na Figura 19). A rejeição de calor para temperatura ambiente pode ser implementada usando, por exemplo, os ciclos de descarga nas Figuras 20 e 21. Em alguns casos, o calor pode ser rejeitado para o ambiente com o auxílio do meio de ITS 61 ou do meio intermediário 62.

[00175] Aspectos da divulgação podem ser combinados sinergicamente. Por exemplo, os sistemas capazes de operar tanto em um ciclo de armazenamento de eletricidade somente como em um motor de calor para ciclo ambiente podem compreender um recuperador. Qualquer descrição em relação a tais sistemas híbridos sem um recuperador pode ser prontamente aplicada a sistemas híbridos com um recuperador pelo menos em algumas configurações. Em alguns casos, os sistemas híbridos podem ser implementados usando, por exemplo, a configuração paralela com válvulas na Figura 24. Por exemplo, os permutadores de calor de contrafluxo 4 nas Figuras 20 e 21 podem ser implementados como permutadores de calor de contrafluxo separados 67 para permutar calor com o ambiente, e podem ser utilizados em combinação com permutadores de calor de contrafluxo de lado frio 4 da divulgação.

[00176] Em algumas implementações, os sistemas aqui podem ser configurados para permitir a comutação entre diferentes ciclos da divulgação usando um conjunto compartilhado de válvulas e tubos. Por exemplo, o sistema pode ser configurado para alternar entre o ciclo de carga somente de eletricidade (como mostrado, por exemplo, na Figura 15), o ciclo de descarga somente de eletricidade (como mostrado, por exemplo, na Figura 16), e o motor de calor para ciclo ambiente (tal como mostrado na Figura 21).

G. Sistemas térmicos bombeados com controle de energia de regulação de pressão

[00177] Em um aspecto da divulgação, a pressão de fluidos de trabalho em sistemas térmicos bombeados pode ser controlada para obter controle de energia. Em um exemplo, a energia fornecida a um sistema fechado no modo de carga e/ou a energia extraída do sistema fechado no modo de descarga e/ou geração (por exemplo, entrada/saída de trabalho usando a haste 10) é proporcional à taxa de fluxo de massa ou molar do fluido de trabalho circulante. A taxa de fluxo de massa é proporcional à densidade, área e velocidade de fluxo. A velocidade de fluxo pode ser mantida fixa a fim de alcançar uma velocidade de eixo fixa (por exemplo, 3600 rpm ou 3000 rpm de acordo com os requisitos da grade elétrica de 60 e 50 Hz, respectivamente). Assim, à medida que a pressão do fluido de trabalho muda, a taxa de fluxo de massa e a potência podem mudar. Em um exemplo, como o fluxo de massa aumenta em um modo de descarga e/ou geração, mais carga deve ser adicionada ao sistema para manter uma velocidade constante do eixo rotativo, e vice-versa. Em outro exemplo, se a carga é reduzida durante a operação em um modo de descarga e/ou geração, a carga reduzida pode fazer com que a velocidade de haste aumente, aumentando assim a taxa de fluxo de massa. Por algum período de tempo, antes que o calor armazenado na capacidade térmica dos próprios permutadores de calor seja dissipado, esse aumento na taxa de fluxo de massa pode levar a um aumento na energia fornecida, aumentando, por sua vez, a velocidade de haste. A velocidade de haste e a energia podem continuar a aumentar incontrolavelmente, resultando em uma fuga do eixo rotativo. Em alguns exemplos, a regulação de pressão pode permitir o controle e, assim, a estabilização da fuga, através do ajuste da quantidade (por exemplo, densidade) do fluido de trabalho circulante, de acordo com os requisitos do sistema. Em um exemplo em que a velocidade de haste (e turbomáquinas, como uma turbina, conectada ao eixo) começa a fugir, um controlador pode reduzir a massa do fluido de trabalho circulante (por exemplo, taxa de fluxo de massa) para diminuir a energia fornecida, por sua vez, diminuindo a velocidade de haste. A regulação de pressão também pode permitir um aumento na taxa de fluxo de massa em resposta a um aumento na carga. Em cada um destes casos, as taxas de fluxo dos meios de HTS e CTS através dos permutadores de calor podem ser adaptadas à capacidade de calor do fluido de trabalho que passa através dos permutadores de calor.

[00178] Em alguns exemplos, a pressão de fluido de trabalho no sistema fechado pode ser variada usando um tanque de fluido de trabalho auxiliar em comunicação fluida com o sistema fechado. Nesta configuração, a entrada/saída de energia pode ser diminuída transferindo o fluido de trabalho a partir do circuito de ciclo fechado para o tanque, e a entrada/saída de energia pode ser aumentada transferindo o fluido de trabalho a partir do tanque para o circuito de ciclo fechado. Em um exemplo, quando a pressão de fluido de trabalho é diminuída, menos calor pode ser transferido entre os tanques de armazenamento térmico nos lados quente e frio do sistema, como resultado da diminuição da taxa de fluxo de massa e menor energia pode ser inserida para/emitida pelo sistema.

[00179] Como a pressão de fluido de trabalho é variada, as taxas de compressão dos componentes da turbomáquina podem permanecer substancialmente inalteradas. Em alguns casos, um ou mais parâmetros operacionais e/ou configuração (por exemplo, estatores variáveis, velocidade de haste) dos componentes da turbomáquina podem ser ajustados em resposta a uma mudança na pressão de fluido de trabalho (por exemplo, para obter o desempenho desejado do sistema). Alternativamente, uma ou mais taxas de pressão podem mudar em resposta a uma mudança na pressão do fluido de trabalho.

[00180] Em alguns casos, o custo reduzido e/ou o consumo reduzido de energia parasita podem ser obtidos usando a configuração de controle de energia em relação a outras configurações (por exemplo, usando uma válvula de estrangulamento para controlar o fluxo do fluido de trabalho). Em alguns exemplos, a variação da pressão de fluido de trabalho enquanto mantém constante a temperatura e a velocidade de fluxo (ou quase constante) pode levar à geração de entropia desprezível. Em alguns exemplos, um aumento ou diminuição na pressão do sistema pode levar a mudanças, por exemplo, na eficiência das turbomáquinas.

[00181] A Figura 27 mostra um exemplo de um sistema térmico bombeado com controle de energia. A temperatura do fluido de trabalho nos lados quente e frio do sistema pode permanecer constante ou quase constante durante um dado período de tempo independentemente da taxa de fluxo de massa do fluido de trabalho devido às grandes capacidades térmicas dos permutadores de calor 2 e 4 e/ou o meio de armazenamento térmico de lado quente e frio nos tanques 6, 7, 8 e 9. Em alguns exemplos, as taxas de fluxo dos meios de HTS e CTS através dos permutadores de calor 2 e 4 são variadas em conjunto com uma mudança na pressão do fluido de trabalho, a fim de manter as temperaturas nos permutadores de calor e fluido de trabalho otimizadas ao longo de períodos de tempo mais longos. Assim, a pressão pode ser usada para variar a taxa de fluxo de massa no sistema. Um ou mais tanques auxiliares 44 cheios com o fluido de trabalho 20 (por exemplo, mistura de ar, argônio ou argônio-hélio) podem estar em comunicação fluida com um lado quente (por exemplo, alta pressão) do sistema térmico bombeado e/ou um lado frio (por exemplo, baixa pressão) do sistema térmico bombeado. Em alguns exemplos, o tanque auxiliar pode estar em comunicação fluida com o fluido de trabalho adjacente a uma entrada do compressor 1 e/ou adjacente a uma saída do compressor 1. Em alguns exemplos, o tanque auxiliar pode estar em comunicação fluida com o fluido de trabalho adjacente a uma entrada da turbina 3 e/ou adjacente a uma saída da turbina 3. Em exemplos adicionais, o tanque auxiliar pode estar em comunicação fluida com o fluido de trabalho em um ou mais sistemas de localização (por exemplo, um ou mais locais no lado de alta pressão do sistema, no lado de baixa pressão do sistema, ou qualquer combinação dos mesmos. Por exemplo, o tanque auxiliar pode estar em comunicação fluida com o fluido de trabalho em um lado de alta pressão e um lado de baixa pressão do ciclo fechado. Em alguns casos, a comunicação fluida no lado de alta pressão pode ser fornecida após o compressor e antes da turbina. Em alguns casos, a comunicação fluida no lado de baixa pressão pode ser fornecida após a turbina e antes do compressor. Em alguns casos, o tanque auxiliar pode conter fluido de trabalho a uma pressão intermediária às altas e baixas pressões do sistema. O fluido de trabalho no tanque auxiliar pode ser usado para aumentar ou diminuir a quantidade de fluido de trabalho 20 circulando no ciclo fechado do sistema térmico bombeado. A quantidade de fluido de trabalho circulando no ciclo fechado pode ser diminuída por drenar o fluido de trabalho de lado de alta pressão do ciclo fechado para dentro do tanque através de um percurso de fluido contendo uma válvula ou controlador de fluxo de massa 46, carregando assim o tanque 44. A quantidade de fluido de trabalho circulando no ciclo fechado pode ser aumentada por drenar o fluido de trabalho do tanque para o lado de baixa pressão do circuito de ciclo fechado através de um percurso de fluido contendo uma válvula ou controlador de fluxo de massa 45, descarregando assim o tanque 44.

[00182] O controle de energia em escalas de tempo mais longas pode ser implementado alterando a pressão de fluido de trabalho e ajustando as taxas de fluxo dos fluidos de armazenamento térmico de lado quente 21 e de lado frio 22 através dos permutadores de calor 2 e 4, respectivamente.

[00183] Em alguns exemplos, as taxas de fluxo dos meios de armazenamento térmico 21 e/ou 22 podem ser controladas (por exemplo, por um controlador) para manter dadas temperaturas de entrada e saída do permutador de calor. Em alguns exemplos, um primeiro controlador(es) pode ser fornecido para controlar as taxas de fluxo (por exemplo, taxas de fluxo de massa) de meio de armazenamento térmico, e um segundo controlador pode ser fornecido para controlar a taxa de fluxo de massa (por exemplo, por controlar massa, taxa de fluxo de massa, pressão, etc.) do fluido de trabalho.

H. Sistemas térmicos bombeados com motor/gerador encapsulado de pressão

[00184] Em outro aspecto da divulgação, são fornecidos sistemas térmicos bombeados com um motor/gerador encapsulado de pressão. O motor/gerador encapsulado de pressão pode ser fornecido como uma alternativa às configurações onde uma haste (também “virabrequim”) penetra através de uma parede de contenção de fluido de trabalho (onde pode ser exposta a um ou mais diferenciais de pressão relativamente altos) para conectar a um motor/gerador fora da parede de contenção de fluido de trabalho. Em alguns casos, a haste pode ser exposta a pressões e temperaturas do fluido de trabalho na porção de baixa pressão do ciclo de fluido de trabalho, na porção de alta pressão do ciclo de fluido de trabalho, ou em ambos. Em alguns casos, vedação(ões) de virabrequim capazes de conter as pressões às quais o virabrequim é exposto dentro da parede de contenção do fluido de trabalho podem ser difíceis de fabricar e/ou difíceis de manter. Em alguns casos, uma vedação rotativa entre ambientes de alta e baixa pressão pode ser difícil de alcançar. Assim, o acoplamento do compressor e da turbina ao motor/gerador pode ser desafiador. Em algumas implementações, o motor/gerador pode, portanto, ser colocado inteiramente dentro da porção de baixa pressão do ciclo de fluido de trabalho, de tal modo que o recipiente de pressão exterior ou a parede de contenção de fluido de trabalho podem não precisar ser penetrados.

[00185] A Figura 28 mostra um exemplo de um sistema térmico bombeado com um gerador encapsulado de pressão 11. O motor/gerador é encapsulado dentro do recipiente de pressão ou parede de contenção de fluido de trabalho (mostrada como linhas tracejadas) e apenas condutores elétricos de passagem de alimentação 49 penetram através do recipiente de pressão. Uma parede de isolamento térmico 48 é adicionada entre o motor/gerador 11 e o fluido de trabalho na porção de baixa pressão do ciclo. Os requisitos técnicos para obter uma vedação adequada através da parede de isolamento térmico podem ser menos rigorosos devido à pressão ser a mesma em ambos os lados da parede de isolamento térmico (por exemplo, ambos os lados da parede de isolamento térmico podem estar localizados na porção de baixa pressão do ciclo). Em um exemplo, o valor de baixa pressão pode ser de aproximadamente 10 atm (1,01325 MPa). Em alguns casos, o motor/gerador pode ser adaptado para operação em pressões circundantes elevadas. Uma parede de isolamento térmico adicional 50 pode ser usada para criar uma vedação entre a saída do compressor 1 e a entrada da turbina 3 na porção de alta pressão do ciclo. Em alguns exemplos, colocar o motor/gerador no lado frio dos sistemas térmicos bombeados pode ser benéfico para a operação do motor/gerador (por exemplo, arrefecimento de um gerador supercondutor). I. Sistemas térmicos bombeados com controle de taxa de pressão de estator variável

[00186] Um outro aspecto da divulgação refere-se ao controle de pressão em ciclos de fluido de trabalho de sistemas térmicos bombeados usando estatores variáveis. Em alguns exemplos, o uso de estatores variáveis em componentes de turbomáquinas pode permitir que as taxas de pressão em ciclos de fluido de trabalho sejam variadas. A taxa de compressão variável pode ser realizada por meio de estatores móveis na turbomáquina.

[00187] Em alguns casos, os sistemas térmicos bombeados (por exemplo, os sistemas nas Figuras 17 e 18) podem operar na mesma taxa de compressão tanto no ciclo de carga quanto no de descarga. Nesta configuração, o calor pode ser rejeitado (por exemplo, para o meio ambiente) na seção 38 no ciclo de carga e na seção 39 no ciclo de descarga, onde o calor na seção 38 pode ser transferido a uma temperatura mais baixa que o calor na seção 39. Em configurações alternativas, a taxa de compressão pode ser variada ao comutar entre o ciclo de carga e o ciclo de descarga. Em um exemplo, os estatores variáveis podem ser adicionados ao compressor e à turbina, permitindo assim que a taxa de compressão seja ajustada. A capacidade de variar a taxa de compressão entre os modos de carga e descarga pode permitir que o calor seja rejeitado apenas na temperatura mais baixa (por exemplo, o calor pode ser rejeitado na seção 38 no ciclo de carga, mas não na seção 39 do ciclo de descarga). Em alguns exemplos, uma maior porção (ou todo) do calor rejeitado para o meio ambiente é transferida a uma temperatura mais baixa, o que pode aumentar a eficiência de ida e volta do sistema.

[00188] A Figura 29 é um exemplo de estatores variáveis em um par de compressor/turbina. O compressor 1 e a turbina 3 podem ter estatores variáveis, de modo que a taxa de compressão de cada um pode ser ajustada. Tal ajuste pode aumentar a eficiência de ida e volta.

[00189] O compressor e/ou a turbina podem (cada) incluir um ou mais estágios de compressão. Por exemplo, o compressor e/ou a turbina podem ter várias filas de recursos repetidos distribuídos ao longo de sua circunferência. Cada estágio de compressão pode incluir uma ou mais linhas de recursos. As linhas podem ser organizadas em uma determinada ordem. Em um exemplo, o compressor 1 e a turbina 3 compreendem, cada um, uma sequência de uma pluralidade de palhetas guia de entrada 51, uma primeira pluralidade de rotores 52, uma pluralidade de estatores 53, uma segunda pluralidade de rotores 52 e uma pluralidade de palhetas guia de saída. 54. Cada pluralidade de recursos pode ser disposta em uma linha ao longo da circunferência do compressor/turbina. A configuração (por exemplo, direção ou ângulo) dos estatores 53 pode ser variada, como indicado na Figura 29.

[00190] O par de compressor/turbina pode ser combinado. Em alguns casos, uma pressão de saída do compressor pode ser aproximadamente a mesma que uma pressão de entrada da turbina, e uma pressão de entrada do compressor pode ser aproximadamente a mesma que a pressão de saída da turbina; assim, a taxa de pressão através da turbina pode ser a mesma que a taxa de pressão através do compressor. Em alguns casos, as pressões de entrada/saída e/ou as taxas de pressão podem diferir em uma determinada quantidade (por exemplo, para levar em conta a queda de pressão no sistema). O uso de estatores variáveis no compressor e na turbina pode permitir que o compressor e a turbina permaneçam compatíveis à medida que a taxa de compressão é variada. Por exemplo, usando estatores variáveis, operação do compressor e da turbina pode permanecer dentro de condições operacionais adequadas (por exemplo, dentro de um determinado intervalo ou em um determinado ponto em seus respectivos mapas operacionais) conforme a taxa de compressão é variada. A operação dentro de intervalos determinados ou em determinados pontos nos mapas operacionais de turbomáquinas pode permitir que eficiências de turbomáquinas (por exemplo, eficiências isentrópicas) e a eficiência de armazenamento de ida e volta resultantes sejam mantidas dentro de um intervalo desejado. Em algumas implementações, o uso de estatores variáveis pode ser combinado com outros métodos para variar as taxas de compressão (por exemplo, velocidade de rotação do eixo variável, desvio de estágios de turbomáquinas, engrenagens, eletrônica de energia, etc.)

J. Unidades de sistemas térmicos bombeados compreendendo subunidades de sistema térmico bombeado

[00191] Um outro aspecto da divulgação refere-se ao controle da taxa de carga e descarga em todo o intervalo a partir de carga/entrada de energia máxima até descarga/saída de energia máxima através da construção de unidades de sistema térmico bombeado compostas por subunidades de sistema térmico bombeado. Em alguns exemplos, sistemas térmicos bombeados podem ter uma entrada e/ou saída de energia mínima (por exemplo, entrada de energia mínima e/ou energia mínima) acima de 0% da entrada e/ou saída de energia máxima (por exemplo, entrada de energia máxima e/ou saída de energia máxima), respectivamente. Nesses casos, uma única unidade por si só pode ser capaz de passar continuamente da entrada de energia mínima para a entrada de energia máxima e da saída de energia mínima para a saída de energia máxima, mas pode não conseguir passar continuamente a partir da entrada de energia mínima para a saída de energia mínima (ou seja, da entrada de energia mínima para a entrada/saída de energia zero e da entrada/saída de energia zero para a saída de energia mínima). Uma capacidade de passar continuamente da entrada de energia mínima para a saída de energia mínima pode permitir que o sistema passe continuamente da entrada de energia máxima para a saída de energia máxima. Por exemplo, se tanto a energia de saída quanto a energia de entrada puderem ser desligadas até zero durante a operação, o sistema poderá variar continuamente a energia consumida ou fornecida em um intervalo a partir da entrada máxima (por exemplo, atuando como uma carga na grade) para a saída máxima (por exemplo, atuando como um gerador na grade). Tal funcionalidade pode aumentar (por exemplo, mais do que o dobro) o intervalo continuamente passável do sistema térmico bombeado. Aumentar o intervalo continuamente passável do sistema térmico bombeado pode ser vantajoso, por exemplo, quando o intervalo de energia continuamente passável é usado como uma métrica para determinar o valor dos ativos da grade. Além disso, tal funcionalidade pode permitir que os sistemas da divulgação sigam carga variável, geração variável, geração intermitente ou qualquer combinação dos mesmos.

[00192] Em algumas implementações, unidades de sistema térmico bombeado compostos de múltiplas subunidades de sistema térmico bombeado podem ser usadas. Em alguns casos, cada subunidade pode ter uma entrada e/ou saída de energia mínima acima de 0%. A passagem contínua da energia a partir da entrada de energia máxima para a saída de energia máxima pode incluir a combinação de uma determinada quantidade de subunidades. Por exemplo, um número adequado (por exemplo, suficientemente grande) de subunidades pode ser necessário para obter uma aceleração contínua. Em alguns exemplos, o número de subunidades pode ser de pelo menos cerca de 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 100, 200, 500, 750, 1000 e semelhantes. Em alguns exemplos, o número de subunidades é 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000 ou mais. Cada subunidade pode ter uma determinada capacidade de energia. Por exemplo, cada subunidade pode ter uma capacidade de energia que é inferior a cerca de 0,1%, inferior a cerca de 0,5%, inferior a cerca de 1%, inferior a cerca de 5%, inferior a cerca de 10%, inferior a cerca de 25%, inferior a cerca de 50%, ou menos do que aproximadamente 90% da capacidade de energia total do sistema térmico bombeado composto. Em alguns casos, subunidades diferentes podem ter diferentes capacidades de energia. Em alguns exemplos, uma subunidade tem uma capacidade de energia de cerca de 10 kW, 100 kW, 500 kW, 1 MW, 2 MW, 5 MW, 10 MW, 20 MW, 50 MW, 100 MW ou mais. A passagem contínua da energia da entrada de energia máxima até a saída de energia máxima pode incluir o controle da entrada e/ou saída de cada subunidade (por exemplo, entrada de energia e/ou saída de energia) separadamente. Em alguns casos, as subunidades podem ser operadas em direções opostas (por exemplo, uma ou mais subunidades podem operar no modo de entrada de energia, enquanto uma ou mais subunidades podem operar no modo de saída de energia). Em um exemplo, se cada subunidade do sistema térmico bombeado puder ser continuamente passada entre uma entrada e/ou saída de energia máxima para baixo até cerca de 50% da entrada e/ou saída de energia máxima, respectivamente, três ou mais subunidades de sistema térmico combinado em uma unidade de sistema térmico bombeado composto que pode ser continuamente passada da entrada de energia máxima para a saída de energia máxima. Em algumas implementações, o sistema térmico bombeado composto pode não ter um intervalo totalmente contínuo entre a energia de entrada máxima e a energia de saída máxima, mas pode ter um número maior de pontos de operação neste intervalo em comparação com um sistema não composto.

K. Unidades de sistema de armazenamento de energia compreendendo subunidades de sistema de armazenamento de energia

[00193] Um outro aspecto da divulgação refere-se ao controle da taxa de carga e descarga em um intervalo completo desde a entrada de carga/energia máxima até a saída de descarga/energia máxima através da construção de unidades de sistema de armazenamento de energia compostos constituídas por subunidades de sistema de armazenamento de energia. Em alguns exemplos, os sistemas de armazenamento de energia podem ter uma entrada e/ou saída de energia mínima (por exemplo, entrada de energia mínima e/ou saída de energia mínima) acima de 0% da entrada e/ou saída de energia máxima (por exemplo, entrada de energia máxima e/ou saída de energia máxima), respectivamente. Nesses casos, uma única unidade por si só pode ser capaz de passar continuamente da entrada de energia mínima para a entrada de energia máxima e da saída de energia mínima para a saída de energia máxima, mas pode não conseguir passar continuamente a partir da entrada de energia mínima para a saída de energia mínima (ou seja, da entrada de energia mínima para a entrada/saída de energia zero e da entrada/saída de energia zero para a saída de energia mínima). Uma capacidade de passar continuamente da entrada de energia mínima para a saída de energia mínima pode permitir que o sistema passe continuamente da entrada de energia máxima para a saída de energia máxima. Por exemplo, se tanto a energia de saída quanto a energia de entrada puderem ser totalmente redefinidas para zero durante a operação, o sistema poderá variar continuamente a energia consumida ou fornecida em um intervalo a partir da entrada máxima (por exemplo, atuando como um carga na grade) para a saída máxima (por exemplo, atuando como um gerador na grade). Tal funcionalidade pode aumentar (por exemplo, mais que o dobro) o intervalo continuamente passável do sistema de armazenamento de energia. Aumentar o intervalo continuamente passável do sistema de armazenamento de energia pode ser vantajoso, por exemplo, quando o intervalo de energia continuamente passável é usado como uma métrica para determinar o valor dos ativos da grade. Além disso, tal funcionalidade pode permitir que os sistemas da divulgação sigam carga variável, geração variável, geração intermitente ou qualquer combinação dos mesmos.

[00194] Em algumas implementações, podem ser usadas unidades de sistema de armazenamento de energia compostos compostas por várias subunidades de sistema de armazenamento de energia. Em alguns exemplos, qualquer sistema de armazenamento de energia com recursos de entrada/saída de energia que pode se beneficiar de uma configuração composta pode ser usado. Em alguns exemplos, sistemas com recursos de entrada e/ou saída de energia que podem se beneficiar de uma configuração composta podem incluir vários sistemas de armazenamento e/ou geração de energia, como, por exemplo, plantas de energia a gás natural ou ciclo combinado, sistemas de célula de combustível, sistemas de bateria, sistemas de armazenamento de energia de ar comprimido, sistemas hidroelétricos bombeados, etc. Em alguns casos, cada subunidade pode ter uma entrada e/ou saída de energia mínima acima de 0%. A passagem contínua da energia a partir da entrada de energia máxima para a saída de energia máxima pode incluir a combinação de uma determinada quantidade de subunidades. Por exemplo, um número adequado (por exemplo, suficientemente grande) de subunidades pode ser necessário para obter uma aceleração contínua. Em alguns exemplos, o número de subunidades pode ser de pelo menos cerca de 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 100, 200, 500, 750, 1000 e semelhantes. Em alguns exemplos, o número de subunidades é 2, 5, 10, 20, 30, 40, 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 550, 600, 650, 700, 750, 800, 850, 900, 950, 1000 ou mais. Cada subunidade pode ter uma determinada capacidade de energia. Por exemplo, cada subunidade pode ter uma capacidade de energia inferior a cerca de 0,1%, inferior a cerca de 0,5%, inferior a cerca de 1%, inferior a cerca de 5%, inferior a cerca de 10%, inferior a cerca de 25%, inferior a cerca de 50%, ou inferior a cerca de 90% da capacidade total de energia do sistema de armazenamento de energia composto. Em alguns casos, subunidades diferentes podem ter diferentes capacidades de energia. Em alguns exemplos, uma subunidade tem uma capacidade de energia de cerca de 10 kW, 100 kW, 500 kW, 1 MW, 2 MW, 5 MW, 10 MW, 20 MW, 50 MW, 100 MW ou mais. A passagem contínua da energia da entrada de energia máxima até a saída de energia máxima pode incluir o controle da entrada e/ou saída de cada subunidade (por exemplo, entrada de energia e/ou saída de energia) separadamente. Em alguns casos, as subunidades podem ser operadas em direções opostas (por exemplo, uma ou mais subunidades podem operar no modo de entrada de energia, enquanto uma ou mais subunidades podem operar no modo de saída de energia). Em um exemplo, se cada subunidade do sistema de armazenamento de energia puder ser continuamente passada entre uma entrada e/ou saída de energia máxima até cerca de 50% da entrada e/ou saída de energia máxima, respectivamente, três ou mais dessas subunidades de sistema de armazenamento de energia podem ser combinadas em uma unidade de sistema de armazenamento de energia composto que pode ser continuamente passada da entrada de energia máxima para a saída de energia máxima. Em algumas implementações, o sistema de armazenamento de energia composto pode não ter um intervalo totalmente contínuo entre a entrada de energia máxima e a saída de energia máxima, mas pode ter um aumento no número de pontos de operação nesse intervalo em comparação com um sistema não composto.

L. Sistemas de controle

[00195] A presente divulgação fornece sistemas de controle de computador (ou controladores) que são programados para implementar métodos da divulgação. A Figura 30 mostra um sistema de computador 1901 (ou controlador) que é programado ou de outra forma configurado para regular vários parâmetros de processo de sistemas de armazenamento e/ou recuperação de energia aqui divulgados. Tais parâmetros de processo podem incluir temperaturas, taxas de fluxo, pressões e mudanças de entropia.

[00196] O sistema de computador 1901 inclui uma unidade de processamento central (CPU, também "processador" e "processador de computador" aqui) 1905, que pode ser um processador de núcleo único ou múltiplos núcleos, ou uma pluralidade de processadores para processamento paralelo. O sistema de computador 1901 também inclui memória ou localização de memória 1910 (por exemplo, memória de acesso aleatório, memória somente de leitura, memória flash), unidade de armazenamento eletrônico 1915 (por exemplo, disco rígido), interface de comunicação 1920 (por exemplo, adaptador de rede) para comunicação com um ou mais outros sistemas e dispositivos periféricos 1925, como cache, outra memória, armazenamento de dados e/ou adaptadores de vídeo eletrônicos. A memória 1910, a unidade de armazenamento 1915, a interface 1920 e os dispositivos periféricos 1925 estão em comunicação com a CPU 1905 através de um barramento de comunicação (linhas sólidas), como uma placa-mãe. A unidade de armazenamento 1915 pode ser uma unidade de armazenamento de dados (ou repositório de dados) para armazenamento de dados. O sistema de computador 1901 pode ser operacionalmente acoplado a uma rede de computadores (“rede”) 1930 com o auxílio da interface de comunicação 1920. A rede 1930 pode ser a Internet, uma internet e/ou extranet, ou uma intranet e/ou extranet que está em comunicação com a Internet. A rede 1930, em alguns casos, é uma rede de telecomunicações e/ou dados. A rede 1930 pode incluir um ou mais servidores de computador, o que pode permitir a computação distribuída, como a computação em nuvem. A rede 1930, em alguns casos com o auxílio do sistema de computador 1901, pode implementar uma rede par-a-par, que pode permitir que dispositivos acoplados ao sistema de computador 1901 se comportem como um cliente ou um servidor.

[00197] O sistema de computador 1901 é acoplado a um sistema de armazenamento e/ou recuperação de energia 1935, que pode ser como descrito acima ou em outro local deste documento. O sistema de computador 1901 pode ser acoplado a várias operações de unidade do sistema 1935, tais como reguladores de fluxo (por exemplo, válvulas), sensores de temperatura, sensores de pressão, compressor(s), turbina(s), comutadores elétricos e módulos fotovoltaicos. O sistema 1901 pode ser diretamente acoplado, ou fazer parte do sistema 1935, ou estar em comunicação com o sistema 1935 através da rede 1930.

[00198] A CPU 1905 pode executar uma sequência de instruções legíveis por máquina, que pode ser incorporada em um programa ou software. As instruções podem ser armazenadas em um local de memória, como a memória 1910. Exemplos de operações realizadas pela CPU 1905 podem incluir busca, decodificação, execução e escrita de volta.

[00199] Com referência continuada à Figura 30, a unidade de armazenamento 1915 pode armazenar arquivos, como controladores, bibliotecas e programas salvos. A unidade de armazenamento 1915 pode armazenar programas gerados por usuários e sessões gravadas, bem como saída(s) associada(s) aos programas. A unidade de armazenamento 1915 pode armazenar dados de usuário, por exemplo, preferências de usuário e programas de usuário. O sistema de computador 1901 em alguns casos pode incluir uma ou mais unidades de armazenamento de dados adicionais que são externas ao sistema de computador 1901, como localizadas em um servidor remoto que está em comunicação com o sistema de computador 1901 através de uma intranet ou da Internet.

[00200] O sistema de computador 1901 pode comunicar com um ou mais sistemas de computador remotos através da rede 1930. Por exemplo, o sistema de computador 1901 pode comunicar com um sistema de computador remoto de um usuário (por exemplo, operador). Exemplos de sistemas de computadores remotos incluem computadores pessoais, PCs slate ou tablet, telefones, telefones inteligentes ou assistentes digitais pessoais. O usuário pode acessar o sistema de computador 1901 através da rede 1930.

[00201] Os métodos aqui descritos podem ser implementados por meio de código executável por máquina (por exemplo, processador de computador) armazenado em um local de armazenamento eletrônico do sistema de computador 1901, como, por exemplo, na memória 1910 ou unidade de armazenamento eletrônico 1915. O código executável por máquina ou legível por máquina pode ser fornecido na forma de software. Durante o uso, o código pode ser executado pelo processador 1905. Em alguns casos, o código pode ser recuperado da unidade de armazenamento 1915 e armazenado na memória 1910 para acesso imediato pelo processador 1905. Em algumas situações, a unidade de armazenamento eletrônico 1915 pode ser excluída, e as instruções executáveis por máquina são armazenadas na memória 1910.

[00202] O código pode ser pré-compilado e configurado para uso com uma máquina que tenha um processador adaptado para executar o código, ou possa ser compilado durante o tempo de execução. O código pode ser fornecido em uma linguagem de programação que pode ser selecionada para permitir que o código seja executado de uma forma pré-compilada ou como- compilada.

[00203] Aspectos dos sistemas e métodos aqui fornecidos, tais como o sistema de computador 1901, podem ser incorporados na programação. Vários aspectos da tecnologia podem ser considerados como “produtos” ou “artigos de fabricação” tipicamente na forma de código executável por máquina (ou processador) e/ou dados associados que são transportados ou incorporados em um tipo de meio legível por máquina. O código executável por máquina pode ser armazenado em uma unidade de armazenamento eletrônico, como memória (por exemplo, memória somente de leitura, memória de acesso aleatório, memória flash) ou um disco rígido. A meio tipo “Armazenamento” pode incluir qualquer ou toda a memória tangível dos computadores, processadores ou similares, ou módulos associados, como várias memórias de semicondutor, unidades de fita, unidades de disco e similares, que podem fornecer armazenamento não transitório a qualquer momento para a programação de software. Todo ou parte do software pode, às vezes, ser comunicado através da Internet ou de várias outras redes de telecomunicações. Tais comunicações, por exemplo, podem permitir o carregamento do software de um computador ou processador para outro, por exemplo, a partir de um servidor de gerenciamento ou computador hospedeiro para a plataforma de computador de um servidor de aplicação. Assim, outro tipo de meio que pode conter os elementos de software inclui ondas óticas, elétricas e eletromagnéticas, como as usadas em interfaces físicas entre dispositivos locais, através de redes terrestres com fio e óticas e através de vários enlaces aéreos. Os elementos físicos que transportam tais ondas, tais como conexões com ou sem fio, conexões óticas ou semelhantes, também podem ser considerados como meios que suportam o software. Como usado aqui, a menos que restrito a meios de armazenamento “tangíveis” não transitórios, termos tais como “meio legível por computador ou máquina” referem-se a qualquer meio que participa no fornecimento de instruções para um processador para execução.

[00204] Assim, um meio legível por máquina, tal como código executável por computador, pode assumir muitas formas, incluindo, mas não limitado a, um meio de armazenamento tangível, um meio de onda portadora ou meio de transmissão físico. Meios de armazenamento não voláteis incluem, por exemplo, discos óticos ou magnéticos, tais como qualquer um dos dispositivos de armazenamento em qualquer computador(s) ou semelhante, como pode ser utilizado para implementar as bases de dados, etc. mostradas nos desenhos. Meios de armazenamento voláteis incluem memória dinâmica, como a memória principal de tal plataforma de computador. Meios de transmissão tangíveis incluem cabos coaxiais; fio de cobre e fibra ótica, incluindo os fios que compõem um barramento dentro de um sistema de computador. Os meios de transmissão de onda portadora podem assumir a forma de sinais elétricos ou eletromagnéticos, ou ondas acústicas ou de luz, como as geradas durante comunicações de dados por frequência de rádio (RF) e infravermelho (IR). Formas comuns de meio legível por computador incluem, por exemplo: um disquete, um disco flexível, disco rígido, fita magnética, qualquer outro meio magnético, um CD-ROM, DVD ou DVD-ROM, qualquer outro meio ótico, fita de papel de cartões perfurados, qualquer outro meio de armazenamento físico com padrões de furos, uma RAM, uma ROM, uma PROM e EPROM, uma FLASH-EPROM, qualquer outro chip ou cartucho de memória, um onda portadora transportando dados ou instruções, cabos ou enlaces transportando tal onda portadora, ou qualquer outro meio a partir do qual um computador pode ler código de programação e/ou dados. Muitas destas formas de meios legíveis por computador podem estar envolvidas no transporte de uma ou mais sequências de uma ou mais instruções para um processador para execução.

III. Sistemas de controle de inventário ilustrativos

[00205] A Figura 31 ilustra um exemplo de sistema de ciclo fechado, por exemplo, um sistema de Brayton fechado, e inclui um fluido de trabalho que flui através de pelo menos um compressor 101, um permutador de calor de lado quente 102, uma turbina 103 e um permutador de calor de lado frio 104. Um meio de armazenamento pode fluir entre um recipiente de armazenamento de lado frio ("CSC") 106 e um recipiente de armazenamento de lado quente ("HSC") 107 através do permutador de calor de lado quente 102. Outro meio de armazenamento térmico pode fluir entre pelo menos CSC 108 e HSC 109 através do permutador de calor de lado frio 104. Os percursos de fluido são como indicados na Figura 31 e a direção de fluxo de um fluido em um determinado percurso de fluido é indicada por uma ou mais setas. Cada um dos fluidos, componentes e/ou percursos de fluidos identificados acima pode ser o mesmo ou similar ao ciclo fechado descrito anteriormente (por exemplo, ciclo de Brayton), como fluido de trabalho 20, compressor 1, permutador de calor de lado quente 2, turbina 3, permutador de calor de lado frio 4, meio de HTS 21, tanque de HTS 7, tanque de HTS 6, meio de CTS 22, tanque de CTS 8 e tanque de CTS 9. A Figura 31 é apenas ilustrativa e outros fluidos, componentes e/ou percursos de fluido podem ser presentes. Alguns componentes, como um permutador de calor ou tanques de lado quente ou de lado frio, podem ser substituídos por outros componentes que tenham um propósito térmico semelhante.

[00206] Em particular, a Figura 31 ilustra um sistema de controle de inventário 100 implementado em um motor de calor de ciclo de Brayton. O sistema 100 pode incluir várias bombas (por exemplo, bombas de velocidade variável) configuradas para bombear fluido para, através de, ou a partir de componentes de sistema. Para fins de ilustração, as bombas não são mostradas na Figura 31.

[00207] O motor de calor pode ser reversível (isto é, operar como uma bomba de calor) e pode tomar a forma de outros motores de calor e/ou motores de calor reversíveis descritos aqui e podem incluir componentes adicionais além daqueles mostrados na ilustração, incluindo um recuperador. O motor de calor pode incluir um gerador/motor 111 que pode gerar eletricidade e distribuir parte ou toda a eletricidade gerada para um sistema de grade, incluindo uma grade elétrica local, municipal, regional ou nacional. Quando o motor de calor está em modo de geração de energia (isto é, modo de descarga), o gerador/motor 111 também pode ser praticamente referido apenas como gerador, uma vez que pode funcionar principalmente ou inteiramente como um dispositivo para gerar eletricidade. O gerador/motor 111, como ilustrado, pode incluir um alternador, um alternador de alta velocidade e/ou eletrônica de energia (por exemplo, eletrônica de conversão de frequência de energia) para gerenciar, converter e/ou modificar fase elétrica, tensão, corrente e frequência de energia gerada e/ou distribuída. O gerador/motor 111 pode ser mecanicamente acoplado ao compressor 101 e à turbina 103. O compressor 101 e a turbina 103 podem ser acoplados ao gerador/motor 111 através de uma ou mais hastes 110. Em alternativa, o compressor 101 e a turbina 103 podem ser acoplados ao gerador/motor 111 através de uma ou mais caixas de engrenagens e/ou hastes.

[00208] O motor de calor pode incluir um permutador de calor de lado quente 102 acoplado a jusante do compressor 101 e a montante da turbina 103. Além disso, o motor de calor pode incluir um permutador de calor de lado frio 104 acoplado a montante do compressor 101 e a jusante da turbina 103. No motor de calor, um fluido de trabalho pode circular através de um percurso de fluido de ciclo fechado que inclui, em sequência, o compressor 101, o permutador de calor de lado quente 102, a turbina 103 e o permutador de calor de lado frio 104. Em algumas modalidades, percurso de fluido de ciclo fechado pode incluir um recuperador. O percurso de fluido de ciclo fechado pode incluir uma perna de alta pressão 201 e uma perna de baixa pressão 202. A perna de alta pressão 201 pode incluir toda ou uma porção do percurso de fluido de ciclo fechado a jusante do compressor 101 e a montante da turbina 103. A perna de baixa pressão 202 pode incluir todo ou uma parte do percurso de fluido de ciclo fechado a montante do compressor 101 e a jusante a partir da turbina 103. A pressão do fluido de trabalho na perna de alta pressão 201 pode ser maior do que a pressão de fluido de trabalho na perna de baixa pressão 202. Exemplos não limitativos de fluidos de trabalho incluem ar, argônio, dióxido de carbono ou misturas gasosas.

[00209] Dentro do permutador de calor de lado quente 102, o fluido de trabalho circulando através do percurso de fluido de ciclo fechado pode contatar termicamente com um meio de armazenamento térmico de lado quente (“HTS”). De preferência, o meio de HTS pode ser um sal fundido. O permutador de calor de lado quente 102 pode ser um permutador de calor de contrafluxo. Um HSC 107 pode ser acoplado ao permutador de calor de lado quente 102. Adicionalmente, um CSC 106 pode ser acoplado ao permutador de calor de lado quente 102. Quando o motor de calor opera no modo de geração de energia, uma bomba conectada entre o permutador de calor de lado quente 102 e HSC 107 pode bombear o meio de HTS a partir do HSC 107, através do permutador de calor de lado quente 102 e para o CSC 106. Em alternativa, quando o motor de calor opera como uma bomba de calor em um modo de armazenamento de energia (isto é, modo de carga), a bomba pode ser ligada entre o permutador de calor de lado quente 102 e o CSC 106, e pode bombear o meio de HTS a partir do CSC 106, através do permutador de calor de lado quente 102, e para o HSC 107. Também, como aqui utilizado, armazenamento quente e armazenamento frio são usados para refletir temperaturas relativas entre recipientes de armazenamento que podem compartilhar um meio de armazenamento térmico comum e não se referem necessariamente a locais dentro de um lado quente ou lado frio de um motor de calor ou bomba de calor.

[00210] Dentro do permutador de calor de lado frio 104, o fluido de trabalho circulando através do percurso de fluido de ciclo fechado pode entrar em contato térmico com um armazenamento térmico de lado frio (“CTS”), que pode ser diferente do meio de HTS. De um modo preferido, o meio de CTS pode ser um alcano, tal como hexano. O permutador de calor de lado frio 104 pode ser um permutador de calor de contrafluxo. Um CSC 108 pode ser acoplado ao permutador de calor de lado frio 104. Além disso, um HSC 109 pode ser acoplado ao permutador de calor de lado frio 108. Quando o motor de calor opera no modo de geração de energia, uma bomba é ligada entre o permutador de calor de lado frio 104 e o CSC 108 pode bombear o meio de CTS a partir do CSC 108, através do permutador de calor de lado frio 104, e para o HSC 109. Alternativamente, quando o motor de calor opera como uma bomba de calor no modo de armazenamento de energia, uma bomba pode ser ligada entre o permutador de calor de lado frio 104 e o HSC 109, e pode bombear o meio de CTS a partir do HSC 109, através do permutador de calor 104 e para o CSC 108.

[00211] O motor de calor pode incluir um segundo compressor 120 e um desumidificador 121. O segundo compressor 120 pode ser acoplado à perna de baixa pressão 202 e o desumidificador 121 pode ser acoplado à perna de baixa pressão 202. Como mostrado, o desumidificador 121 está localizado a jusante do segundo compressor 120 e a montante da perna de baixa pressão 202. Contudo, em outros exemplos, o desumidificador 121 pode estar localizado a montante do segundo compressor 120. As válvulas 122 e 123 podem estar localizadas entre o segundo compressor 120 e a perna de baixa pressão 202. Além disso, as válvulas 122 e 123 podem estar localizadas entre o desumidificador 121 e a perna de baixa pressão 202.

[00212] O segundo compressor 120 pode ser configurado para, sob demanda, comprimir ar ambiente e injetar o ar ambiente comprimido na perna de baixa pressão 202. Além disso, o desumidificador 121 pode ser configurado para desumidificar o ar ambiente.

[00213] Como mostrado, o segundo compressor 120 é configurado para, sob demanda, injetar o ar ambiente comprimido na perna de baixa pressão 202 a jusante do permutador de calor de lado frio 104 e a montante do compressor 101. No entanto, em outros exemplos, o segundo compressor 120 pode ser configurado, sob demanda, para injetar o ar ambiente comprimido em outros locais da perna de baixa pressão 202, incluindo, sem limitação, a montante do permutador de calor de lado frio 104 e a jusante da turbina 103.

[00214] Além disso, como mostrado, o segundo compressor 120 fornece ar ambiente comprimido ao desumidificador 121 para desumidificação. Assim, no exemplo ilustrado, o ar ambiente é desumidificado após o ar ambiente ser comprimido. Contudo, em outros exemplos, o desumidificador 121 pode fornecer ar ambiente desumidificado ao segundo compressor 120 para compressão. Por exemplo, quando o desumidificador 121 está localizado a montante do segundo compressor 120, o desumidificador 121 pode fornecer ar ambiente desumidificado ao segundo compressor 120 para compressão. Assim, em alguns exemplos, o ar ambiente pode ser desumidificado antes que o ar ambiente seja comprimido.

[00215] Dentro do desumidificador 121, o ar ambiente pode entrar em contato termicamente com uma porção do meio de CTS. Por exemplo, uma bomba pode estar localizada entre o desumidificador 121 e CSC 108 e pode bombear a porção de meio de CTS do CSC 108, através do desumidificador 121, e para o HSC 109 ou outro local, incluindo de volta para o CSC 108. Ao entrar em contato térmico com o ar ambiente com uma porção do meio de CTS, a água pode se condensar para fora do ar ambiente. Condensar a água para fora do ar ambiente antes de injetar o ar ambiente na perna de baixa pressão 202 pode reduzir a corrosão de um ou mais componentes no percurso de fluido de ciclo fechado e/ou evitar uma mudança na capacidade térmica e/ou taxas de expansão do fluido de trabalho.

[00216] Alternativamente, o motor de calor pode incluir um recipiente de armazenamento de CTS intermediário (“ISC”) 124 e uma bomba pode estar localizada entre o desumidificador 121 e CSC 108 e pode bombear a porção do meio de CTS a partir do CSC 108, através do desumidificador, e para o ISC 124 (como mostrado pelo percurso de fluxo de fluido tracejado). O ISC 124 pode armazenar o meio de CTS a uma temperatura entre a temperatura do meio de CTS armazenado no HSC 109 e a temperatura do meio de CTS armazenado no CSC 108. Por exemplo, o ISC 124 pode armazenar o meio de CTS a uma temperatura que seja (i) menor que a temperatura do meio de CTS armazenado no HSC 109 e (ii) maior que a temperatura do meio de CTS armazenado no CSC 108.

[00217] Em algumas implementações, o ar ambiente pode ser filtrado antes de ser injetado na perna de baixa pressão 202. Por exemplo, o desumidificador 121 pode incluir um elemento de filtragem (não mostrado) que é configurado para filtrar as impurezas do ar ambiente. Em outro exemplo, o elemento de filtragem pode ser um componente separado a montante da perna de baixa pressão 202. O elemento de filtragem separado pode ser a montante do segundo compressor 120 ou a jusante do segundo compressor 120. Além disso, o elemento de filtragem separado pode ser a montante do desumidificador 121 ou a jusante do desumidificador 121.

[00218] O motor de calor pode incluir um tanque de armazenamento de fluido de trabalho 130. O tanque de armazenamento de fluido de trabalho 130 pode ser um tanque de pressão. O tanque de armazenamento de fluido de trabalho 130 pode ser acoplado à perna de alta pressão 201 e perna de baixa pressão 202. A válvula 132 pode estar localizada entre a perna de alta pressão 201 e o tanque de armazenamento de fluido de trabalho 130. Além disso, as válvulas 133 e 123 podem ser localizadas entre a perna de baixa pressão 201 e o tanque de armazenamento de fluido de trabalho 130. Como ilustrado, o tanque de fluido de trabalho 130 compartilha um percurso de fluido comum e válvulas 123 e 133 com o percurso de ar ambiente injetado; no entanto, o tanque de fluido de trabalho pode ter um ponto de conexão e um sistema de válvula separados do percurso de ar ambiente injetado.

[00219] Cada uma das válvulas 122, 123, 132 e 133 pode ser qualquer válvula adequada capaz de permitir e bloquear o fluxo de fluido de trabalho e/ou ar ambiente, incluindo uma válvula de porta, válvula de globo, válvula de plugue, válvula de esfera, válvula de borboleta, válvula de retenção, válvula de mangote e válvula de diafragma. Em algumas modalidades, as válvulas 122, 123, 132 e 133 podem ser, cada uma, o mesmo tipo de válvula. Contudo, em outras modalidades, pelo menos duas das válvulas 122, 123, 132 e 133 podem ser tipos diferentes de válvulas.

[00220] O motor de calor pode ainda incluir uma válvula de expansão 140 e pode ainda incluir um permutador de calor auxiliar 141. O permutador de calor auxiliar 141 pode ser um permutador de calor de contrafluxo. A válvula de expansão 140 pode estar a jusante do permutador de calor de lado frio 104 e a montante do compressor 101. A válvula de expansão 140 pode estar localizada em outros locais no percurso de fluido de ciclo fechado, incluindo a montante do permutador de calor de lado frio 104 e a jusante da turbina 103. A válvula de expansão 140 pode ser configurada para expelir o fluido de trabalho a partir do percurso de fluido de ciclo fechado. O permutador de calor auxiliar 141 pode estar a jusante da válvula de expansão 140.

[00221] Dentro do permutador de calor auxiliar 141, o fluido de trabalho que flui através da válvula de expansão 140 pode contatar termicamente uma porção do meio de CTS. Por exemplo, uma bomba pode estar localizada entre o permutador de calor auxiliar 141 e HSC 109 e pode bombear uma porção do meio de CTS a partir do HSC 109, através do permutador de calor auxiliar 141, e de volta para o HSC 109. Como outros exemplos, fluido de trabalho que flui através da válvula de expansão 140 pode contatar termicamente o meio de CTS a partir do CSC 108 ou do ISC 124 (não mostrado). Adicional ou alternativamente, o fluido de trabalho que flui através do permutador de calor auxiliar 141 pode ser liberado (por exemplo, ventilado) para a atmosfera.

[00222] Os sensores podem estar localizados em vários locais ao longo do motor de calor ou externos ao motor de calor. Os sensores podem ser configurados para determinar e/ou relatar uma ou mais condições operacionais dentro ou fora do sistema. Nos exemplos de modalidades ilustrados na Figura 31, os sensores de pressão podem estar localizados em várias entradas e saídas para componentes dentro do sistema. Por exemplo, o sensor de pressão 154 pode determinar e relatar a pressão de fluido de trabalho na perna de alta pressão 201, o sensor de pressão 155 pode determinar e relatar a pressão de fluido de trabalho na perna de baixa pressão 202 e o sensor de pressão 156 pode determinar e relatar pressão de fluido de trabalho no tanque de armazenamento de fluido de trabalho 130. Além disso, nas modalidades de exemplo ilustradas na Figura 31, os sensores de temperatura podem estar localizados em várias entradas e saídas para componentes dentro do sistema. Por exemplo, o sensor de temperatura 157 pode determinar e relatar a temperatura do ar ambiente comprimido, o sensor de temperatura 158 pode determinar e relatar a temperatura do meio de CTS a jusante do desumidificador 121 e o sensor de temperatura 159 pode determinar e relatar a temperatura do fluido de trabalho a jusante da válvula de expansão 140. Como exemplos ilustrativos, as condições operacionais podem incluir leituras do sensor (por exemplo, pressão do trabalho na perna de alta pressão 201) e/ou uma combinação de leituras do sensor, e/ou um valor derivado baseado em leituras do sensor (por exemplo, diferença entre a pressão do fluido de trabalho na perna de alta pressão 201 e a pressão do fluido de trabalho na perna de baixa pressão 202). Na aplicação prática, os sensores ilustrados podem refletir múltiplos sensores em um percurso de fluido (por exemplo, o sensor de pressão 154 pode ser dois ou mais sensores na perna de alta pressão 201).

[00223] Alternativa ou adicionalmente, outros tipos de sensores que determinam e/ou relatam uma ou mais condições operacionais do sistema podem estar localizados em todo o sistema ilustrado. O sensor 150 pode conectar ao gerador/motor 111 e a vários componentes discretos incluídos no mesmo, tais como alternadores e/ou eletrônica de energia. O sensor 150 pode também conectar a uma ligação de energia elétrica entre o gerador/motor 111 e a grade elétrica à qual o gerador/motor 111 está fornecendo energia elétrica. O sensor 150 pode determinar e relatar corrente, tensão, fase, frequência e/ou a quantidade de energia elétrica gerada e/ou distribuída pelo gerador/motor 111 e/ou seus componentes discretos associados. O sensor 151 pode determinar e relatar a fase da rede e os sensores 150 e 151 podem juntos ou em combinação determinar e relatar uma diferença de fase entre a energia elétrica gerada e a grade. O sensor 152a pode determinar e relatar o torque da turbina, RPM da turbina, torque do gerador e/ou RPM do gerador. Se a haste 110 é uma haste comum e não uma haste dividida entre a turbina 103 e o compressor 101, então o sensor 152a também pode determinar e relatar o torque do compressor e/ou a RPM do compressor. Alternativamente, o sensor 152b pode determinar e relatar o torque do compressor e/ou a RPM do compressor.

[00224] Cada uma das válvulas 122, 123, 132, 133 e 140 pode ser conectada a um ou mais dispositivos de controle. Por exemplo, as válvulas 122, 123, 132, 133 e 140 podem ser conectadas ao dispositivo de controle 162. Em algumas implementações, o dispositivo de controle 162 pode ser conectado de maneira sem fio às válvulas 122, 123, 132, 133 e 140. O dispositivo de controle 162 pode ser configurado para operar as válvulas 122 e 123 para controlar o fluxo de ar ambiente comprimido para a perna de baixa pressão 202. Assim, o dispositivo de controle 162 pode ser capaz de operar as válvulas 122 e 123 para (i) permitir o fluxo do ar ambiente comprimido para a perna de baixa pressão 202 e (ii) bloquear o fluxo do ar ambiente comprimido para a perna de baixa pressão 202. De modo semelhante, o dispositivo de controle 162 pode ser capaz de operar as válvulas 133 e 123 para (i) permitir o fluxo do fluido de trabalho a partir do tanque de armazenamento de fluido de trabalho 130 para a perna de baixa pressão 202 e (ii) bloquear o fluxo do fluido de trabalho a partir do tanque de armazenamento de fluido de trabalho 130 e da perna de baixa pressão 202. Além disso, o dispositivo de controle 162 pode ser capaz de operar a válvula de expansão 140 para expulsar fluido de trabalho a partir do percurso de fluido de ciclo fechado. Embora o motor de calor seja descrito como incluindo o dispositivo de controle 162, em outros exemplos, um motor de calor pode incluir múltiplos dispositivos de controle com controle independente ou coordenado sobre as válvulas 122, 123, 132, 133 e 140.

[00225] O dispositivo de controle 162 pode estar em comunicação com um controlador 164. O controlador 164 pode ser capaz de dirigir o dispositivo de controle 162 para operar, como exemplos não limitativos, (i) as válvulas 122 e 123 para alterar uma quantidade de fluxo do ar ambiente comprimido, (ii) as válvulas 133 e 123 para alterar uma quantidade de fluxo do fluido de trabalho e (iii) a válvula de expansão 140 para expelir o fluido de trabalho a partir do percurso de fluido de ciclo fechado. Por exemplo, o controlador 164 pode ser capaz de emitir uma instrução para controlar o dispositivo 162 para abrir ou fechar as válvulas 122 e 123 por uma quantidade especificada (por exemplo, aberto, parcialmente aberto, fechado, parcialmente fechado). O controlador 164 pode ser qualquer forma prática conhecida na técnica, incluindo aquelas habitualmente utilizadas em sistemas de controle industriais, tais como controladores de PLC. Adicionalmente, o controlador 164 pode estar em comunicação com o segundo compressor 120. Embora o motor de calor seja descrito como incluindo o controlador 164, em outros exemplos, um motor de calor pode incluir múltiplos controladores com controle independente ou coordenado sobre as válvulas 122, 123, 132, 133 e 140.

[00226] O controlador 164 também pode estar em comunicação com um ou mais dos sensores. Para clareza de ilustração, as conexões não são mostradas na Figura 31 entre o controlador 164 e cada um dos sensores ilustrados com o qual o controlador 164 pode estar em comunicação, mas deve ser entendido que o controlador 164 pode ser capaz de receber dados de sensor a partir de um sensor relevante. O controlador 164 pode estar em comunicação com e receber dados dos sensores de qualquer forma prática, incluindo comunicação de dados elétrica com fio, comunicação de dados sem fio, transmissão ótica e/ou de fontes intermediárias, ou através de outras formas conhecidas na técnica.

[00227] O controlador 164 pode ser capaz de comparar dados calculados ou dados relatados de um ou mais sensores com dados relatados de um ou mais outros sensores, dados históricos de sensores, ajustes internos ou outros comparadores. Por exemplo, o controlador 164 pode comparar os dados relatados de pelo menos dois dos sensores 150, 151, 152a, 152b, 154, 155, 156, 157, 158 e 159. Adicionalmente, o controlador 164 pode determinar uma diferença de fase entre energia elétrica gerada e energia de grade por comparar dados relatados dos sensores 150 e 151.

[00228] Em algumas implementações, um motor de calor pode ainda incluir um ou mais permutadores de calor recuperativos (ou “recuperadores”) que podem transferir calor entre o fluido de trabalho em vários estágios dentro do percurso de fluxo de ciclo fechado. De preferência, o permutador de calor recuperativo é um permutador de calor de contrafluxo. Em um exemplo, o permutador de calor recuperativo contata termicamente o fluido de trabalho a jusante do compressor e a montante do permutador de calor de lado quente com o fluido de trabalho a jusante da turbina e a montante do permutador de calor de lado frio, de preferência em contrafluxo.

[00229] Em um motor de calor que inclui um permutador de calor recuperativo, o fluido de trabalho pode circular através de um circuito de ciclo fechado que inclui, em sequência, o compressor, o permutador de calor recuperativo, o permutador de calor de lado quente, a turbina, o permutador de calor recuperativo novamente (em contato de contrafluxo térmico com o fluxo anterior), o permutador de calor de lado frio, e de volta ao compressor. Pode não haver permutadores de calor recuperativos em um motor de calor, ou pode haver mais de um permutador de calor recuperativo em um motor de calor e um ou mais permutadores de calor recuperativos podem estar localizados em locais alternativos do que o local dentro do esquema de circulação descrito acima.

A. Exemplo de injeção de ar ambiente no percurso de fluido de ciclo fechado

[00230] Utilizando a ilustração na Figura 31, um fluido de trabalho pode ser circulado através do percurso de fluido de ciclo fechado que inclui, em sequência, o compressor 101, o permutador de calor de lado quente 102, a turbina 103 e o permutador de calor de lado frio 104. O percurso de fluido de ciclo inclui a perna de alta pressão 201 e a perna de baixa pressão 202. Em alguns exemplos, o fluido de trabalho pode ser ar.

[00231] Em um exemplo de modalidade, o controle de inventário no sistema 100 pode envolver, em resposta a uma demanda de geração de energia aumentada, comprimir e desumidificar o ar ambiente; e injetar o ar ambiente comprimido e desumidificado na perna de baixa pressão 202.

[00232] A demanda por geração de energia aumentada pode ser recebida ou determinada por um ou mais componentes do sistema 100. Como um exemplo, a demanda por geração de energia aumentada pode ser recebida pelo controlador 164. O controlador 164 pode receber a demanda por geração de energia aumentada de, por exemplo, o sistema de grade. Como outro exemplo, a demanda por geração de energia aumentada pode ser determinada pelo controlador 164. O controlador 164 pode determinar a demanda por geração de energia aumentada com base em qualquer uma das condições operacionais descritas acima, incluindo torque da turbina, RPM da turbina, torque do gerador e RPM do gerador; e corrente, tensão, fase, frequência e/ou quantidade de energia elétrica gerada e/ou distribuída pelo gerador e/ou seus componentes discretos. Além disso, a demanda por geração de energia aumentada pode ocorrer quando qualquer uma das condições operacionais acima descritas atinge um valor de demanda de limiar.

[00233] Além disso, em algumas implementações, em resposta à demanda por geração de energia aumentada, o controlador 164 pode instruir o segundo compressor 120 a comprimir ar ambiente e injetar o ar ambiente comprimido na perna de baixa pressão 202. O segundo compressor 120 pode comprimir o ar ambiente, tal que a pressão do ar ambiente seja igual ou maior que a pressão de fluido de trabalho na perna de baixa pressão 202. Além disso, em resposta à demanda por geração de energia aumentada, o controlador 164 pode instruir o dispositivo de controle 162 a abrir as válvulas 122 e 123 para permitir o fluxo do ar ambiente comprimido para a perna de baixa pressão 202.

[00234] Além disso, em resposta à demanda por maior geração de energia, o desumidificador 121 pode desumidificar o ar ambiente. O desumidificador 121 pode desumidificar o ar ambiente ao entrar em contato térmico com o ar ambiente com uma porção do meio de CTS e condensar a água para fora do ar ambiente. Outros métodos de desumidificação também são considerados, incluindo, sem limitação, resfriadores não- CTS, resfriadores externos e absorção/dessecantes.

[00235] Em outra modalidade de exemplo, o controle de inventário no sistema 100 pode envolver a extração de fluido de trabalho a partir da perna de alta pressão 201 do percurso de fluido de ciclo fechado; armazenar o fluido de trabalho extraído no tanque de armazenamento de fluido de trabalho 130; e injetar o fluido de trabalho extraído a partir do tanque de armazenamento de fluido de trabalho 130 para a perna de baixa pressão 202 simultaneamente com a injeção do ar ambiente comprimido e desumidificado para a perna de baixa pressão 202.

[00236] Em uma modalidade, o fluido de trabalho pode ser extraído do percurso de fluido de ciclo fechado por abrir a válvula de lado quente 132, de tal modo que a pressão de fluido de trabalho na perna de alta pressão 201 diminui e a pressão do fluido de trabalho no tanque 130 aumenta. Quando a válvula de lado quente 132 está aberta, a válvula de lado frio 133 pode ser fechada.

[00237] A válvula de lado quente 132 pode ser aberta pelo dispositivo de controle 162. Por exemplo, o controlador 164 pode instruir o dispositivo de controle 162 para abrir a válvula de lado quente 132 quando a pressão de fluido de trabalho na perna de alta pressão 201 ou a perna de baixa pressão 202 atinge um valor de pressão de limiar. Além disso, o controlador 164 pode determinar uma condição operacional do sistema 100 e o valor de pressão de limiar pode ser definido com base na condição operacional determinada. O valor de pressão de limiar pode ser definido com base em qualquer uma das condições operacionais descritas acima. Como outro exemplo, o controlador 164 pode instruir o dispositivo de controle 162 para abrir a válvula de lado quente 132 em resposta a uma demanda por geração de energia reduzida. (Demandas de exemplo para geração de energia reduzida são descritas abaixo na Seção III.B).

[00238] Além disso, a válvula de lado quente 132 pode ser fechada pelo dispositivo de controle 162. Por exemplo, o controlador 164 pode instruir o dispositivo de controle 162 para fechar a válvula de lado quente 132 quando a pressão de fluido de trabalho no tanque de armazenamento 130 atingir um valor de pressão de limiar. O valor de pressão de limiar pode ser definido, por exemplo, como uma pressão de equilíbrio entre a pressão de fluido de trabalho na perna de alta pressão 201 e a pressão do fluido de trabalho no tanque de armazenamento de fluido de trabalho 130 ou como uma pressão menor ou maior do que um pressão de equilíbrio entre a pressão de fluido de trabalho na perna de alta pressão 201 e a pressão do fluido de trabalho no tanque de armazenamento de fluido de trabalho 130. Além disso, o controlador 164 pode determinar uma condição operacional do sistema 100 e o valor de pressão de limiar pode ser definido com base na condição operacional determinada. O valor de pressão de limiar pode ser definido com base em qualquer uma das condições operacionais descritas acima. Em algumas modalidades, o valor de pressão de limiar relacionado com a abertura da válvula de lado quente 132 pode ser diferente do valor de pressão de limiar relacionado ao fechamento da válvula de lado quente 132. Além disso, o tanque de armazenamento de fluido de trabalho 130 pode armazenar o fluido de trabalho extraído quando a válvula de lado quente 132 e a válvula de lado frio 133 são, cada uma, fechadas.

[00239] Em outra modalidade, o fluido de trabalho extraído pode ser injetado do tanque de armazenamento de fluido de trabalho 130 para a perna de baixa pressão 202 simultaneamente com a injeção do ar ambiente comprimido e desumidificado na perna de baixa pressão 202 por abrir a válvula de lado frio 133. Quando a válvula de lado frio 133 está aberta, a válvula de lado quente 132 pode ser fechada. Além disso, quando a válvula de lado frio 133 é aberta, a válvula 123 pode ser aberta. A válvula de lado frio 133 pode ser aberta pelo dispositivo de controle 162. Por exemplo, o controlador 164 pode instruir o dispositivo de controle 162 para abrir a válvula de lado frio 133 em resposta à demanda por geração de energia aumentada. Alternativamente, o fluido de trabalho extraído pode ser injetado a partir do tanque de armazenamento de fluido de trabalho 130 para a perna de baixa pressão 202 antes ou depois do ar ambiente comprimido e desumidificado ser injetado na perna de baixa pressão 202. B. Exemplo de Expulsão de fluido de trabalho a partir do percurso de fluido de ciclo fechado

[00240] Em um sistema de ciclo fechado, pode ser desejável remover uma quantidade de fluido de trabalho a partir do percurso de fluido de ciclo fechado para reduzir a energia do sistema. Por exemplo, pode ser desejável remover uma quantidade de fluido de trabalho a partir do percurso de fluido de ciclo fechado que foi previamente adicionado ao percurso de fluido de ciclo fechado. Em algumas modalidades, a remoção do fluido de trabalho do percurso de fluido de ciclo fechado pode diminuir a taxa de fluxo de massa no percurso de fluido de ciclo fechado e, assim, diminuir uma quantidade de eletricidade gerada pelo sistema.

[00241] Utilizando a ilustração na Figura 31, um fluido de trabalho pode ser circulado através do percurso de fluido de ciclo fechado que inclui, em sequência, o compressor 101, o permutador de calor de lado quente 102, a turbina 103 e o permutador de calor de lado frio 104. O percurso de fluido de ciclo inclui a perna de alta pressão 201 e a perna de baixa pressão 202. Um recuperador também pode ser incluído no sistema.

[00242] Em uma modalidade exemplar, o controle de inventário no sistema 100 pode envolver, em resposta a uma demanda de geração de energia reduzida, expelir fluido de trabalho a partir do percurso de fluido de ciclo fechado através da válvula de expansão 140, desse modo arrefecendo o fluido de trabalho expelido; e contatar termicamente o fluido de trabalho expelido com uma porção do meio de CTS.

[00243] A demanda por geração de energia reduzida pode ser recebida ou determinada por um ou mais componentes do sistema 100. Como um exemplo, a demanda por geração de energia reduzida pode ser recebida pelo controlador 164. O controlador 164 pode receber a demanda por geração de energia reduzida de, por exemplo, o sistema de grade. Como outro exemplo, a demanda por geração de energia reduzida pode ser determinada pelo controlador 164. O controlador 164 pode determinar a demanda por geração de energia reduzida com base em qualquer uma das condições operacionais descritas acima, incluindo torque da turbina, RPM da turbina, torque do gerador e RPM do gerador; e corrente, tensão, fase, frequência e/ou quantidade de energia elétrica gerada e/ou distribuída pelo gerador e/ou seus componentes discretos. Além disso, a demanda por geração de energia reduzida pode ocorrer quando qualquer uma das condições operacionais descritas acima atingir um valor de demanda de limiar. Em algumas modalidades, o valor de demanda de limiar relacionado a uma demanda por geração de energia aumentada pode ser diferente do valor de demanda de limiar relacionado a uma demanda por geração de energia reduzida.

[00244] Além disso, em algumas implementações, em resposta à demanda por geração de energia reduzida, o controlador 164 pode instruir o dispositivo de controle 162 a operar a válvula de expansão 140 para expelir o fluido de trabalho a partir do percurso de fluido de ciclo fechado. O fluido de trabalho pode ser expelido da perna de baixa pressão 202. Em operação, a válvula de expansão 140 pode expandir o fluido de trabalho que flui a partir da perna de baixa pressão 202 através da válvula 140 para a pressão atmosférica. Adicionalmente, a válvula de expansão 140 pode arrefecer o fluido de trabalho que flui a partir da perna de baixa pressão 202 através da válvula de expansão 140.

[00245] O permutador de calor auxiliar 141 pode contatar o fluido de trabalho com uma porção do meio de CTS. Como referido, a porção do meio de CTS pode ser bombeada a partir do HSC 109 ou do CSC 108 através do permutador de calor auxiliar 141. C. Modo Quiescente

[00246] Os sistemas de ciclo de Brayton podem operar nos modos de carga ou descarga, onde o modo de descarga é geralmente consistente com a conversão de energia térmica armazenada em uma quantidade substancial de energia elétrica para distribuição a uma grade ou outro usuário de energia significativo e modo de carga é geralmente consistente com o armazenamento de quantidades substanciais de energia térmica no sistema para uso posterior. No entanto, o sistema de ciclo de Brayton também pode operar em modo quiescente, onde o sistema não está produzindo uma quantidade substancial de energia elétrica nem armazenando quantidades substanciais de energia térmica.

[00247] Bombas e/ou turbo-máquinas não operantes em um modo quiescente farão com que o perfil de temperatura em um permutador de calor de ciclo de Brayton seja significativamente diferente do perfil de temperatura desejado quando o permutador de calor estiver operando em modo de carga ou descarga. Essa diferença pode levar a longos tempos de aceleração para que um sistema de ciclo de Brayton fique on-line e comece a fornecer ou aceitar energia. Pode também levar a tensões térmicas adicionais com a mudança de temperatura. Beneficamente, o controle de inventário descrito aqui pode ser implementado para operar o compressor e a turbina a uma velocidade muito baixa para “vazar” calor para dentro ou para fora dos permutadores de calor para manter um perfil de temperatura desejado nos permutadores de calor que permita uma rápida transição para operação otimizada nos modos de carga ou descarga. Por exemplo, um sistema de energia pode ser operado em um modo quiescente de tal modo que o ciclo seja operado em um nível suficiente para circular fluidos de trabalho e/ou térmicos, mas está efetivamente gerando energia elétrica líquida nula ou desprezível. No modo quiescente, o controle de inventário aqui descrito pode ser implementado para manter uma taxa de fluxo de massa desejada no percurso de fluido de ciclo fechado de tal modo que quando o sistema transita para, por exemplo, modo de descarga, os permutadores de calor já estão próximos das temperaturas de operação. Dessa maneira, a transição dos modos quiescente para descarga pode demorar muito pouco, por exemplo, menos de 15 segundos.

IV. Métodos Ilustrativos

[00248] A Figura 32 é um fluxograma que ilustra um método 3200 de controle de inventário, de acordo com uma modalidade de exemplo. Métodos ilustrativos, tais como o método 3200, podem ser executados no todo ou em parte por um componente ou componentes de um sistema de ciclo fechado, tal como o sistema 100.

[00249] Como mostrado pelo bloco 3202, o método 3200 pode envolver em um sistema de ciclo fechado operando em um modo de geração de energia, circular um fluido de trabalho através de um percurso de fluido de ciclo fechado incluindo, em sequência, um compressor, um permutador de calor de lado quente, uma turbina, e um permutador de calor de lado frio, em que o percurso de fluido de ciclo fechado compreende uma perna de alta pressão e uma perna de baixa pressão. Em algumas modalidades, o sistema de ciclo fechado pode incluir um sistema de ciclo de Brayton fechado. Além disso, em algumas modalidades, o fluido de trabalho pode ser ar.

[00250] Como mostrado pelo bloco 3204, o método 3200 pode envolver em resposta a uma demanda por geração de energia aumentada, comprimir e desumidificar o ar ambiente. Em algumas modalidades, a demanda por geração de energia aumentada pode ser recebida ou determinada. A demanda por geração de energia aumentada pode ser determinada com base em qualquer uma das condições operacionais descritas acima. Além disso, em algumas modalidades, a demanda por geração de energia aumentada pode ocorrer quando qualquer uma das condições operacionais descritas acima atingir um valor de demanda de limiar.

[00251] Em algumas modalidades, o sistema de ciclo fechado pode ser configurado para contatar termicamente o fluido de trabalho circulando através do permutador de calor de lado frio com um meio de CTS e desumidificar o ar ambiente pode envolver a transferência de pelo menos uma porção do meio de CTS para um desumidificador e termicamente contatar o ar ambiente com o meio de CTS dentro do desumidificador e condensar a água para fora do ar ambiente. Além disso, em algumas modalidades, a desumidificação do ar ambiente pode ocorrer antes da compressão do ar ambiente. Além disso, em algumas modalidades, a desumidificação do ar ambiente pode ocorrer após a compressão do ar ambiente.

[00252] Como mostrado pelo bloco 3206, o método 3200 pode envolver a injeção do ar ambiente comprimido e desumidificado na perna de baixa pressão.

[00253] Em algumas modalidades, o método 3200 pode ainda envolver a extração do fluido de trabalho a partir da perna de alta pressão do percurso de fluido de ciclo fechado; armazenar o fluido de trabalho extraído em um tanque de armazenamento de fluido de trabalho; injetar o fluido de trabalho extraído a partir do tanque de armazenamento de fluido de trabalho na perna de baixa pressão simultaneamente com a injeção do ar ambiente comprimido e desumidificado na perna de baixa pressão.

[00254] Além disso, em algumas modalidades, o método 3200 pode envolver ainda após contato térmico do ar ambiente com o meio de CTS no desumidificador e a condensação de água para fora do ar ambiente, transferir pelo menos uma porção do meio de CTS do desumidificador para um tanque de armazenamento de CTS intermediário.

[00255] A Figura 33 é um fluxograma que ilustra um método 3300 de controle de inventário, de acordo com uma modalidade de exemplo. Métodos ilustrativos, tais como o método 3300, podem ser executados no todo ou em parte por um componente ou componentes de um sistema de ciclo fechado, tal como o sistema 100.

[00256] Como mostrado pelo bloco 3302, o método 3300 pode envolver em um sistema de ciclo fechado em um modo de geração de energia, circular um fluido de trabalho através de um percurso de fluido de ciclo fechado incluindo, em sequência, um compressor, um permutador de calor de lado quente, uma turbina e um permutador de calor de lado frio, em que o percurso de fluido de ciclo fechado compreende uma perna de alta pressão e uma perna de baixa pressão, e em que o sistema de ciclo fechado é configurado para contatar termicamente o fluido de trabalho circulando através do meio permutador de calor de lado frio com um armazenamento térmico de lado frio (“CTS”). Em algumas modalidades, o sistema de ciclo fechado pode incluir um sistema de ciclo de Brayton fechado. Além disso, em algumas modalidades, o fluido de trabalho pode ser ar.

[00257] Como mostrado pelo bloco 3304, o método 3300 pode envolver em resposta a uma demanda por geração de energia reduzida, expelir fluido de trabalho a partir do percurso de fluido de ciclo fechado através de uma válvula de expansão, arrefecendo assim o fluido de trabalho expelido. Em algumas modalidades, a demanda por geração de energia reduzida pode ser recebida ou determinada. A demanda por geração de energia reduzida pode ser determinada com base em qualquer uma das condições operacionais descritas acima. Além disso, em algumas modalidades, a demanda por geração de energia reduzida pode ocorrer quando qualquer uma das condições operacionais descritas acima atingir um valor de demanda de limiar. Além disso, em algumas modalidades, o fluido de trabalho pode ser expelido da perna de baixa pressão.

[00258] Como mostrado pelo bloco 3306, o método 3300 pode envolver o contato térmico do fluido de trabalho expelido com uma porta do meio de CTS. Em algumas modalidades, o fluido de trabalho expelido pode ser contatado termicamente com uma porção do meio de CTS em um permutador de calor auxiliar.

V. Meio legível por computador não transitório ilustrativo

[00259] Algumas ou todas as funções descritas acima e ilustradas nas Figuras 32 e 33 podem ser realizadas por um dispositivo de computação em resposta à execução de instruções armazenadas em um meio legível por computador não transitório. O meio legível por computador não transitório pode ser, por exemplo, uma memória de acesso aleatório (RAM), uma memória somente de leitura (ROM), uma memória flash, uma memória cache, um ou mais discos codificados magneticamente, um ou mais discos codificados oticamente, ou qualquer outra forma de armazenamento de dados não transitório. O meio legível por computador não transitório também pode ser distribuído entre vários elementos de armazenamento de dados, que podem ser localizados remotamente uns dos outros. O dispositivo de computação que executa as instruções armazenadas pode ser o sistema de computador 1901, conforme descrito e ilustrado na Figura 30.

[00260] O meio legível por computador não transitório pode armazenar instruções executáveis por um processador (por exemplo, CPU 1905) para executar várias funções. As funções podem incluir em um sistema de ciclo fechado operando em um modo de geração de energia, circular um fluido de trabalho através de um percurso de fluido de ciclo fechado incluindo, em sequência, um compressor, um permutador de calor de lado quente, uma turbina e um permutador de calor de lado frio, em que o percurso de fluido de ciclo fechado compreende uma perna de alta pressão e uma perna de baixa pressão; em resposta a uma demanda por maior geração de energia, comprimir e desumidificar o ar ambiente; e injetar o ar ambiente comprimido e desumidificado na perna de baixa pressão.

[00261] Além disso, as funções podem incluir em um sistema de ciclo fechado em um modo de geração de energia, circular um fluido de trabalho através de um circuito de ciclo fechado incluindo, em sequência, um compressor, um permutador de calor de lado quente, uma turbina e um permutador de calor de lado frio, em que o percurso de fluido de ciclo fechado compreende uma perna de alta pressão e uma perna de baixa pressão, e em que o sistema de ciclo fechado é configurado para contatar termicamente o fluido de trabalho circulando através do permutador de calor de lado frio com um meio de armazenamento térmico de lado frio (“CTS”); em resposta a uma demanda por geração de energia reduzida, expelir fluido de trabalho a partir do percurso de fluido de ciclo fechado através de uma válvula de expansão, desse modo arrefecendo o fluido de trabalho expelido; e contatar termicamente o fluido de trabalho expelido com uma porção do meio de CTS.

VI. Conclusão

[00262] Embora vários aspectos e modalidades tenham sido aqui divulgados, outros aspectos e modalidades serão evidentes para os peritos na arte. Os vários aspectos e modalidades aqui divulgados são para fins de ilustração e não se destinam a ser limitativos, o verdadeiro âmbito e espírito sendo indicados pelas reivindicações seguintes.

Claims (21)

1. Método, caracterizado pelo fato de que compreende: em um sistema de ciclo fechado (100) operar em um modo de geração de energia, circular um fluido de trabalho através de um percurso de fluido de ciclo fechado incluindo, em sequência, um compressor (101), um permutador de calor de lado quente (102), uma turbina (103) e um permutador de calor de lado frio (104), em que o percurso de fluido de ciclo fechado compreende uma perna de alta pressão (201) e uma perna de baixa pressão (202); em resposta a uma demanda por geração de energia aumentada, comprimir e desumidificar ar ambiente; e injetar o ar ambiente comprimido e desumidificado para a perna de baixa pressão (202).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de ciclo fechado (100) compreende um sistema de ciclo de Brayton fechado.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: extrair fluido de trabalho a partir da perna de alta pressão (201) do percurso de fluido de ciclo fechado; armazenar o fluido de trabalho extraído em um tanque de armazenamento de fluido de trabalho (130); e injetar o fluido de trabalho extraído a partir do tanque de armazenamento de fluido de trabalho (130) para a perna de baixa pressão (202) simultaneamente com injetar o ar ambiente comprimido e desumidificado para a perna de baixa pressão (202).

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de ciclo fechado (100) é configurado para termicamente contatar o fluido de trabalho circulando através de permutador de calor de lado frio (104) com um meio de armazenamento térmico de lado frio (“CTS”), em que desumidificação do ar ambiente compreende: transferir pelo menos uma porção do meio de CTS a um desumidificador (121); e termicamente contatar o ar ambiente com o meio de CTS dentro do desumidificador (121) e condensando água para fora do ar ambiente.

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que desumidificação do ar ambiente ocorre antes de comprimir o ar ambiente.

6. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que desumidificação do ar ambiente ocorre depois de comprimir o ar ambiente.

7. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: depois de termicamente contatar o ar ambiente com o meio de CTS dentro do desumidificador (121) e condensar água para fora do ar ambiente, transferir pelo menos uma porção do meio de CTS do desumidificador (121) para a tanque de armazenamento de CTS intermediário.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o fluido de trabalho é ar.

9. Método, caracterizado pelo fato de que compreende: em um sistema de ciclo fechado (100) em um modo de geração de energia, circular um fluido de trabalho através de um percurso de fluido de ciclo fechado incluindo, em sequência, um compressor (101), um permutador de calor de lado quente, uma turbina (103) e um permutador de calor de lado frio (104), em que o percurso de fluido de ciclo fechado compreende uma perna de alta pressão (201) e uma perna de baixa pressão (202), e em que o sistema de ciclo fechado (100) é configurado para termicamente contatar o fluido de trabalho circulando através do permutador de calor de lado frio (104) com um meio de armazenamento térmico de lado frio (“CTS”); em resposta a uma demanda por geração de energia reduzida, expelir fluido de trabalho a partir do percurso de fluido de ciclo fechado através de uma válvula de expansão, assim arrefecendo o fluido de trabalho expelido; e termicamente contatar o fluido de trabalho expelido com uma porção do meio de CTS.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o fluido de trabalho expelido é termicamente contatado com uma porção do meio de CTS em um permutador de calor auxiliar.

11. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que fluido de trabalho é expelido a partir da perna de baixa pressão (202).

12. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o fluido de trabalho é ar.

13. Sistema, caracterizado pelo fato de que compreende: um primeiro compressor (101); um permutador de calor de lado quente; uma turbina (103); um permutador de calor de lado frio; um fluido de trabalho circulando em um percurso de fluido de ciclo fechado através, em sequência, do primeiro compressor (101), o permutador de calor de lado quente, a turbina (103) e o permutador de calor de lado frio, em que o percurso de fluido de ciclo fechado compreende uma perna de alta pressão (201) e uma perna de baixa pressão (202); e um segundo compressor (120) acoplado para a perna de baixa pressão (202) e configurado para, mediante demanda, comprimir ar ambiente e injetar o ar ambiente comprimido para a perna de baixa pressão (202).

14. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda: um meio de armazenamento térmico de lado frio (“CTS”), em que o sistema é configurado para termicamente contatar o fluido de trabalho circulando através do permutador de calor de lado frio (104) com o meio de CTS; um tanque de armazenamento de CTS configurado para armazenar o meio de CTS; e um desumidificador (121) configurado para termicamente contatar o ar ambiente com uma porção do meio de CTS e condensar a água para fora do ar ambiente.

15. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o desumidificador (121) abastece ar ambiente desumidificado para o segundo compressor (120) para compressão.

16. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o segundo compressor (120) abastece ar ambiente comprimido para o desumidificador (121) para desumidificação.

17. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um tanque de armazenamento de CTS intermediário configurado para receber meio de CTS a partir do desumidificador (121).

18. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que compreende ainda um tanque de armazenamento de fluido de trabalho (130) contendo fluido de trabalho a uma pressão maior do que uma pressão de fluido de trabalho na perna de baixa pressão (202), em que o sistema é configurado para, mediante demanda, injetar fluido de trabalho a partir do tanque de armazenamento de fluido de trabalho (130) para a perna de baixa pressão (202) simultaneamente com o ar ambiente comprimido.

19. Sistema, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que o fluido de trabalho é ar.

20. Sistema, caracterizado pelo fato de que compreende: um primeiro compressor (101); um permutador de calor de lado quente (102); uma turbina (103); um permutador de calor de lado frio (104); um fluido de trabalho circulando em um percurso de fluido de ciclo fechado através, em sequência, do primeiro compressor, o permutador de calor de lado quente, a turbina (103) e o permutador de calor de lado frio, em que o percurso de fluido de ciclo fechado compreende uma perna de alta pressão (201) e uma perna de baixa pressão (202); um meio de armazenamento térmico de lado frio (“CTS”), em que o sistema é configurado para termicamente contatar o fluido de trabalho circulando através do permutador de calor de lado frio (104) com o meio de CTS; a válvula de expansão configurada para expelir fluido de trabalho a partir do percurso de fluido de ciclo fechado; e o permutador de calor auxiliar configurado para termicamente contatar o fluido de trabalho expelido com pelo menos uma porção do meio de CTS.

21. Sistema, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o fluido de trabalho é ar.