BR112019015745A2 - Um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido hidrostaticamente compensado - Google Patents

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BR112019015745A2
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Abstract

um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido pode incluir um acumulador para conter uma camada de gás comprimido no topo de uma camada de líquido. um duto de gás pode ter uma extremidade superior em comunicação com um subsistema de compressor/expansor de gás e uma extremidade inferior em comunicação com o interior do acumulador para transportar gás comprimido para a camada de gás comprimido do acumulador quando em uso. uma haste pode ter um interior para conter uma quantidade de um líquido e pode ser fluidicamente conectável a uma fonte/coletor de líquido através de um duto de abastecimento de líquido. uma partição pode cobrir pode separar o interior do acumulador a partir do interior da haste. uma força de acumulador interna pode atuar na superfície interna da partição e o líquido dentro da haste pode exercer uma contraforça externa na superfície externa da partição, em que uma força resultante atuando na partição é menor que a força de acumulador.

Description

UM SISTEMA DE ARMAZENAMENTO DE ENERGIA DE GÁS COMPRIMIDO HIDROSTATICAMENTE COMPENSADO
REFERÊNCIA CRUZADA PARA PEDIDOS RELACIONADOS [001] Este pedido reivindica prioridade para o Pedido de Patente Provisório dos Estados Unidos No. de Série 62/453.278, depositado em 1 de fevereiro de 2017, intitulado Controle de Temperatura de Ar e Água Integrado para o Sistema de CAES Subterrâneos; Pedido de Patente Provisório dos Estados Unidos No. de Série 62/453.300 depositado em 1 de fevereiro de 2017 intitulado Acumulador de Energia de Ar Comprimido Isobárico de Água Pressurizada com Antepara de Baixa Pressão e Linha de Prevenção de Mudança de Densidade; Pedido de Patente Provisório dos Estados Unidos No. de Série 62/453.306, depositado em 1 de fevereiro de 2017, intitulado Armazenamento Térmico Integrado em Sistema de Armazenamento de Energia de Ar Comprimido Isobárico e Pedido de Patente Provisório dos Estados Unidos No. de Série 62/453.315, depositado em 1 de fevereiro de 2017, intitulado Método de Armazenamento de Energia Multiponto. A totalidade de cada um destes pedidos sendo incorporada por referência aqui.
CAMPO DA INVENÇÃO [002] A presente invenção refere-se geralmente ao armazenamento de energia de gás comprimido, e mais particularmente a um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido como, por exemplo, um que inclui um acumulador de armazenamento de energia de ar comprimido substancialmente isobárico hidrostaticamente compensado localizado no subsolo, seu uso, bem como um método de armazenamento de gás comprimido.
ANTECEDENTES DA TÉCNICA [003] O armazenamento de eletricidade é muito procurado, em vista das disparidades de custo incorridas ao consumir energia elétrica de uma rede
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2/80 elétrica durante os períodos de uso de pico, em comparação com os períodos de baixo uso. A adição de fontes de energia renováveis, sendo inerentemente de uma natureza de abastecimento descontínua ou intermitente, aumenta a demanda por armazenamento de energia elétrica acessível em todo o mundo.
[004] Assim, existe uma necessidade de armazenar efetivamente a energia elétrica produzida em uma rede de energia ou de uma fonte renovável durante um período fora de pico e devolvê-la à rede sob demanda. Além disso, na medida em que os custos de preparação de infraestruturas e o impacto ambiental da implementação de tais infraestruturas são minimizados, a utilidade e a conveniência de uma dada solução são melhoradas.
[005] Além disso, como as redes se transformam e as operadoras buscam armazenamento além das renováveis para fornecer energia e remover formas tradicionais de geração que também fornecem estabilidade à rede, como suporte de tensão, um método de armazenamento que ofereça armazenamento síncrono baseado em inércia é altamente desejável.
SUMÁRIO [006] Este sumário destina-se a apresentar ao leitor à descrição mais detalhada que segue e a não limitar ou definir qualquer invenção reivindicada ou ainda não reivindicada. Uma ou mais invenções podem residir em qualquer combinação ou subcombinação dos elementos ou passos do processo descritos em qualquer parte deste documento, incluindo suas reivindicações e figuras.
[007] De acordo com um aspecto, é fornecido um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido compreendendo: um acumulador substancialmente horizontal subterrâneo; uma haste estendendo para cima a partir do acumulador através do solo; uma antepara separando o interior do acumulador do interior da haste; quando em operação, uma quantidade de líquido no interior da haste encostando contra o exterior da
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3/80 antepara em um primeiro nível de pressão; quando em operação, o acumulador contendo uma camada de gás comprimido sobre uma camada de líquido, o gás comprimido encostando contra o interior da antepara em um segundo nível de pressão; um duto de gás para transportar gás comprimido entre a camada de gás comprimido e um subsistema de compressor/expansor de gás; e um duto de líquido para transportar líquido entre a camada de líquido dentro do acumulador e a haste, em que um diferencial entre o primeiro e o segundo níveis de pressão é mantido abaixo de um limiar por transportar gás comprimido entre o subsistema de compressor/expansor e a camada de gás comprimido e por transportar líquido entre a haste e a camada de água.
[008] Em uma modalidade, o duto de gás transporta gás comprimido entre a camada de gás comprimido e o subsistema de compressor/expansor de gás através de um subsistema de armazenamento térmico.
[009] Em uma modalidade, o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido compreende ainda um subsistema de liberação de gás. Em uma modalidade, o referido subsistema de liberação de gás compreende pelo menos uma válvula, de preferência compreendendo pelo menos uma válvula unidirecional associada à antepara que permite a liberação seletiva de gás comprimido a partir da camada de gás através da antepara para a haste.
[0010] De acordo com um aspecto amplo dos ensinamentos aqui descritos, que pode ser usado sozinho ou em combinação com quaisquer outros aspectos, um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido pode incluir um acumulador tendo uma abertura primária, uma parede superior, uma parede inferior e um interior do acumulador pelo menos parcialmente delimitado à parede superior e parede inferior, o acumulador para conter uma camada de gás comprimido sobre uma camada de líquido quando em uso. Um subsistema de compressor/expansor de gás pode ser espaçado a partir do acumulador e pode
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4/80 incluir um duto de gás tendo uma extremidade superior em comunicação com o subsistema de compressor/expansor de gás e uma extremidade inferior em comunicação com o interior do acumulador para transportar gás comprimido para a camada de gás comprimido do acumulador quando em uso. Uma haste pode ter uma extremidade inferior adjacente à abertura primária, uma extremidade superior espaçada da extremidade inferior, e uma parede lateral de haste estendendo para cima a partir da extremidade inferior até a extremidade superior e pode pelo menos parcialmente limitar um interior de haste para conter uma quantidade de um líquido, a haste sendo fluidicamente conectável a uma fonte/coletor de líquido através de um duto de abastecimento de líquido. Uma partição pode cobrir a abertura primária e pode separar o interior do acumulador do interior da haste. A partição pode ter uma superfície externa em comunicação com o interior da haste e uma superfície interna oposta em comunicação com o interior do acumulador. Um subsistema de liberação de gás auxiliar pode incluir um duto de liberação de gás auxiliar tendo uma entrada em comunicação com o interior do acumulador e uma saída. O duto de liberação de gás auxiliar pode ser afastado do duto de gás e pode ser configurado para facilitar a liberação de gás a partir da camada de gás dentro do acumulador. Quando em uso, pelo menos uma camada de gás comprimido e a camada de líquido podem encostar contra e exercer uma força de acumulador interna na superfície interna da partição e a quantidade de líquido dentro da haste pode encostar contra e exercer uma contraforça externa na superfície externa da partição, em que uma força resultante agindo na partição enquanto o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido está em uso é uma diferença entre a força do acumulador e a contraforça e pode ser menor que a força do acumulador.
[0011] O duto de liberação de gás auxiliar pode estender através da
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5/80 partição.
[0012] O duto de liberação de gás auxiliar pode estar em comunicação fluídica com o interior da haste, de tal modo que o gás que sai do duto de liberação de gás auxiliar possa ser liberado para a quantidade de líquido contida na haste.
[0013] Uma válvula de liberação de gás pode ser posicionada no duto de liberação de gás auxiliar e pode ser seletivamente passível de abertura para permitir a liberação de gás.
[0014] A válvula de liberação de gás pode ser uma válvula unidirecional que permite a liberação de gás a partir da camada de gás na haste e não permite que o líquido da haste flua através da válvula de liberação de gás auxiliar para o acumulador.
[0015] A válvula de liberação de gás pode ser uma válvula acionada por pressão que é pressionada em direção a uma configuração fechada e é aberta automaticamente quando uma pressão na camada de gás comprimido atinge um limite de limiar de pressão predefinido.
[0016] A válvula de liberação de gás auxiliar pode ser acionada remotamente e pode ser controlada por um controlador de sistema de liberação auxiliar.
[0017] Um duto de líquido pode fornecer comunicação fluídica entre o líquido no interior da haste e a camada de líquido no acumulador, em que líquido pode fluir entre o interior da haste e a camada de líquido no acumulador em resposta a mudanças na pressão da camada de gás comprimido.
[0018] O duto de líquido pode incluir o duto de liberação de gás auxiliar.
[0019] Um duto guia pode ter uma extremidade de entrada posicionada próxima da saída de duto de liberação de gás auxiliar para receber o gás saindo através do duto de liberação de gás auxiliar, uma extremidade de saída espaçada
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6/80 da extremidade de entrada e uma parede lateral de duto estendendo entre elas. [0020] Pelo menos uma porção do duto guia pode ser disposta dentro da haste.
[0021] Um interior do duto guia pode estar em comunicação fluídica com o interior da haste em que o interior do duto de liberação de gás contém uma primeira porção da quantidade de líquido dentro da haste.
[0022] Quando o gás é liberado do duto de liberação de gás, o gás que é liberado pode deslocar-se para cima através do duto guia e deslocar pelo menos parte da primeira porção de líquido a partir de dentro do duto guia para o interior da haste.
[0023] Quando o gás é liberado do duto de liberação de gás auxiliar, o gás pode ser restringido dentro do duto guia quando se desloca para cima através da haste e não se expande em porções do interior da haste que são externas ao duto guia.
[0024] A extremidade de saída do duto guia pode ser disposta acima de uma superfície livre da quantidade de líquido dentro da haste.
[0025] A extremidade de saída do duto guia pode estar em comunicação com a atmosfera ambiente.
[0026] De acordo com um aspecto amplo dos ensinamentos aqui descritos, que pode ser usado sozinho ou em combinação com quaisquer outros aspectos, um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido pode incluir um acumulador tendo uma abertura primária, uma parede superior, uma parede inferior e um interior do acumulador pelo menos parcialmente delimitado à parede superior e à parede inferior. O acumulador pode conter uma camada de gás comprimido sobre uma camada de líquido quando em uso. Um subsistema de compressor/expansor de gás pode ser espaçado a partir do acumulador e um duto de abastecimento de gás pode ter uma extremidade superior em
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7/80 comunicação com o subsistema de compressor/expansor de gás e uma extremidade inferior em comunicação com o interior do acumulador para transportar gás comprimido para a camada de gás comprimido do acumulador quando em uso. Uma haste pode ter uma extremidade inferior adjacente à abertura primária, uma extremidade superior espaçada da extremidade inferior, e uma parede lateral de haste estendendo para cima a partir da extremidade inferior até a extremidade superior e pelo menos parcialmente limitando um interior da haste para conter uma quantidade de um líquido. A haste pode ser conectável fluidicamente a uma fonte/coletor de líquido através de um duto de abastecimento de líquido. Uma partição pode cobrir a abertura primária e pode separar o interior do acumulador do interior da haste. A partição pode ter uma superfície externa em comunicação com o interior da haste e uma superfície interna oposta em comunicação com o interior do acumulador.
[0027] Pelo menos uma camada de gás comprimido e a camada de líquido podem encostar contra e exercer uma força de acumulador interna na superfície interna da partição e a quantidade de líquido dentro da haste encosta contra e exerce uma contraforça externa na superfície externa da partição, em que uma força resultante agindo na partição enquanto o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido está em uso é uma diferença entre a força do acumulador e a contraforça e é menor que a força do acumulador.
[0028] Um duto de líquido pode fornecer comunicação fluídica entre o líquido no interior da haste e a camada de líquido no acumulador, em que líquido pode fluir entre o interior da haste e a camada de líquido no acumulador em resposta a mudanças na pressão da camada de gás comprimido.
[0029] Uma primeira extremidade do duto de líquido pode estar próxima da superfície externa da partição e pode estar em comunicação fluídica com a haste.
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8/80 [0030] O duto de líquido pode passar através da partição.
[0031] Uma segunda extremidade do duto de líquido pode ser submersa na camada de líquido e pode permanecer fluidicamente isolada a partir da camada de gás quando o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido está em uso.
[0032] Quando uma pressão da camada de gás comprimido é aumentada por transportar gás adicional para a camada de gás comprimido, uma magnitude da força do acumulador interna pode ser aumentada e o líquido pode ser transportado através do duto de líquido a partir da camada de líquido no acumulador ao interior da haste. Quando a pressão da camada de gás comprimido é reduzida por liberar gás a partir da camada de gás comprimido, a magnitude da força do acumulador interna pode ser diminuída e pode ser transportada através do duto de líquido a partir do interior da haste até a camada de líquido no acumulador.
[0033] Uma diferença de pressão na partição pode estar entre cerca de 30.397,5 Pa (0,3 atm) e cerca de 101.325 Pa (6 atm) quando o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido está em uso.
[0034] O subsistema de compressor/expansor pode incluir: a) um compressor de gás com pelo menos um primeiro estágio de compressão configurado para extrair ar de uma fonte de ar, comprimir o ar, e transportar o ar comprimido para a camada de gás comprimido através do duto de gás; b) um expansor de gás com pelo menos um primeiro estágio de expansão; e c) um primeiro gerador elétrico acionado pelo expansor de gás para receber ar comprimido a partir da camada de gás comprimido do acumulador e gerar eletricidade a partir da expansão do ar comprimido.
[0035] O primeiro estágio de expansão pode estar em comunicação fluídica com o duto de abastecimento de gás.
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9/80 [0036] Um duto de gás secundário pode ser espaçado do duto de abastecimento de gás e pode conectar fluidamente o primeiro estágio de expansão e a camada de gás comprimido dentro do acumulador.
[0037] A fonte de ar pode incluir a atmosfera ambiente.
[0038] O ar saindo do primeiro estágio de expansão pode ser liberado para a atmosfera ambiente.
[0039] O duto de abastecimento de gás pode passar pelo interior da haste e pode estar pelo menos parcialmente submerso na quantidade do líquido.
[0040] O duto de abastecimento de gás pode ser externo à haste.
[0041] A parede superior do acumulador pode ser substancialmente plana, e pode ser orientada substancialmente horizontalmente.
[0042] A extremidade inferior do duto de abastecimento de gás pode ser posicionada em um ponto alto da parede superior do acumulador.
[0043] O duto de abastecimento de gás pode passar através da partição.
[0044] O duto de líquido pode passar por baixo da partição.
[0045] O duto de abastecimento de gás pode estar pelo menos parcialmente disposto dentro do duto de líquido.
[0046] O duto de líquido pode incluir um canal de fluxo que passa por baixo da partição, e em que o duto de abastecimento de gás é disposto dentro do canal de fluxo e passa por baixo da partição.
[0047] O acumulador pode ser pelo menos parcialmente enterrado sob o solo, e a extremidade superior da haste pode estar acima do solo.
[0048] A fonte de líquido pode incluir um corpo de água.
[0049] O duto de abastecimento de líquido pode estar em comunicação fluídica com o interior da haste em direção à extremidade superior da haste.
[0050] Uma válvula de controle de fluxo pode ser disposta no duto de abastecimento de líquido. A válvula de controle de fluxo pode ser movida para
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10/80 uma posição fechada na qual a comunicação fluídica entre a haste e a fonte de líquido é interrompida.
[0051] A extremidade superior da haste pode estar aberta para a atmosfera ambiente.
[0052] A partição pode incluir ainda uma abertura de acesso resselável, que pode ser aberta para fornecer acesso ao interior do acumulador.
[0053] A partição pode incluir uma antepara posicionada para selar a abertura primária.
[0054] A partição pode ser formada, pelo menos parcialmente, pelo menos de concreto, pedra, metal, material compósito e plástico.
[0055] O acumulador pode ser pelo menos parcialmente enterrado sob o solo e pode ser pelo menos parcialmente constituído pelo solo.
[0056] De acordo com um aspecto amplo dos ensinamentos aqui descritos, que pode ser usado sozinho ou em combinação com quaisquer outros aspectos, um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido pode incluir um acumulador tendo uma abertura primária, uma parede superior, uma parede inferior e um interior do acumulador pelo menos parcialmente delimitado à parede superior e à parede inferior. O acumulador pode ser configurado para conter uma camada de gás comprimido sobre uma camada de líquido quando em uso. Um subsistema de compressor/expansor de gás pode ser espaçado a partir do acumulador e um duto de gás pode ter uma extremidade superior em comunicação com o subsistema de compressor/expansor de gás e uma extremidade inferior em comunicação com o interior do acumulador para transportar gás comprimido entre a camada de gás comprimido no acumulador e o subsistema de compressor/expansor. Uma haste pode ter uma extremidade inferior adjacente à abertura primária, uma extremidade superior espaçada da extremidade inferior, e uma parede lateral de haste estendendo para cima a
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11/80 partir da extremidade inferior até a extremidade superior e pelo menos parcialmente limitando um interior da haste para conter uma quantidade de um líquido. A haste pode ser conectável fluidicamente a uma fonte/coletor de líquido através de um duto de abastecimento de líquido. Pelo menos um primeiro trocador de calor de compressão pode ser configurado para trocar calor entre o gás sendo transportado para o subsistema de compressor/expansor de gás e a quantidade de líquido contida no interior da haste. Uma partição pode cobrir a abertura primária e pode separar o interior do acumulador do interior da haste. A partição pode ter uma superfície externa em comunicação com o interior da haste e uma superfície interna oposta em comunicação com o interior do acumulador. Pelo menos uma da camada de gás comprimido e a camada de líquido pode encostar contra e pode exercer uma força de acumulador interna na superfície interna da partição e a quantidade de líquido dentro da haste encosta contra e exerce uma contraforça externa na superfície externa da partição, em que uma força resultante agindo na partição enquanto o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido está em uso é uma diferença entre a força do acumulador e a contraforça e pode ser menor que a força do acumulador.
[0057] O subsistema de compressor/expansor de gás pode incluir pelo menos um primeiro estágio de compressão e um segundo estágio de compressão. O primeiro trocador de calor de compressão pode ser fluidicamente conectado entre a fonte de gás e o primeiro estágio de compressão, e pode ser configurado para trocar calor entre o gás sendo transportado para o primeiro estágio de compressor e a quantidade de líquido contida na haste. Um segundo trocador de calor de compressão pode ser fluidicamente conectado entre o primeiro estágio de compressão e pode ser configurado para trocar calor entre o gás sendo transportado para o segundo
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12/80 estágio de compressor e a quantidade de líquido contido no interior da haste.
[0058] O primeiro trocador de calor de compressão pode ser disposto pelo menos parcialmente dentro da haste.
[0059] O subsistema de compressor/expansor de gás pode incluir um primeiro estágio de expansão e um segundo estágio de expansão, e em que um primeiro trocador de calor de expansão é conectado fluidicamente entre o acumulador e o primeiro estágio de expansão, e é configurado para trocar calor entre gás sendo transportado no primeiro estágio de expansão e a quantidade de líquido contida no interior da haste; Um segundo trocador de calor de expansão pode ser fluidicamente conectado entre o primeiro estágio de expansão e o segundo estágio de expansão e pode ser disposto pelo menos parcialmente dentro do interior da haste. O segundo trocador de calor de expansão pode ser configurado para trocar calor entre o gás sendo transportado para o segundo estágio de expansão e a quantidade de líquido contida no interior da haste.
[0060] O primeiro trocador de calor de compressão pode funcionar como o segundo trocador de calor de expansão.
[0061] O primeiro trocador de calor de compressão é espaçado do segundo trocador de calor de expansão.
[0062] O primeiro trocador de calor pode incluir um radiador tendo pelo menos um percurso de ar imerso na quantidade de líquido contido na haste, um duto de entrada de ar estendendo a partir de fora da quantidade de líquido para uma extremidade de entrada do radiador e um duto de saída de ar conectando fluidicamente uma extremidade de saída do radiador e o subsistema de compressor/expansor de gás.
[0063] O subsistema de compressor/expansor de gás pode incluir pares de estágios de expansão e compressão associados, em que cada par de estágios de
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13/80 expansão e compressão é fornecido com um respectivo trocador de calor que é configurado para, durante um ciclo de compressão, trocar calor entre a quantidade de líquido contido na haste e gás a ser comprimido pelo estágio de compressão, e durante um ciclo de expansão, trocar calor entre a quantidade de líquido contido na haste e gás que foi expandido pelo estágio de expansão.
[0064] A fonte de gás pode ser a atmosfera ambiente.
[0065] O primeiro trocador de calor de compressão pode ser montado de forma removível no interior da haste.
[0066] Um duto de líquido pode fornecer comunicação fluídica entre o líquido no interior da haste e a camada de líquido no acumulador, em que líquido pode fluir entre o interior da haste e a camada de líquido no acumulador em resposta a mudanças na pressão da camada de gás comprimido.
[0067] Uma extremidade superior do duto de líquido pode estar próxima da superfície externa da partição.
[0068] O duto de líquido pode passar através da partição.
[0069] Uma extremidade inferior do duto de líquido pode ser submersa na camada de líquido dentro do acumulador e pode permanecer fluidicamente isolada da camada de gás dentro do acumulador quando o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido está em uso.
[0070] Quando uma pressão da camada de gás comprimido é aumentada por transportar gás adicional para a camada de gás comprimido, uma magnitude da força do gás pode ser aumentada e o líquido pode ser transportado através do duto de líquido a partir da camada de líquido no acumulador para o interior da haste. Quando a pressão da camada de gás comprimido é diminuída pela liberação de gás a partir da camada de gás comprimido, a magnitude da força do gás é diminuída e o líquido é transportado através do duto de líquido a partir do interior da haste para a camada de líquido no acumulador.
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14/80 [0071] O duto de abastecimento de gás passa através do interior da haste e é pelo menos parcialmente submerso na quantidade do líquido.
[0072] O duto de abastecimento de gás pode ser externo à haste.
[0073] O duto de abastecimento de gás pode passar através da partição.
[0074] O primeiro trocador de calor de compressão pode incluir pelo menos um trocador de calor de contato direto.
[0075] A água que entra no primeiro trocador de calor de compressão pode ser retirada da haste e a água que sai do primeiro trocador de calor de compressão pode ser devolvida à haste.
[0076] De acordo com um aspecto amplo dos ensinamentos aqui descritos, que pode ser usado sozinho ou em combinação com quaisquer outros aspectos, um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido pode incluir um acumulador tendo uma abertura primária, uma parede superior, uma parede inferior e um interior do acumulador pelo menos parcialmente delimitado à parede superior e à parede inferior. O acumulador pode ser configurado para conter uma camada de gás comprimido sobre uma camada de líquido quando em uso. Um subsistema de compressor/expansor de gás pode ser espaçado a partir do acumulador e um duto de gás pode ter uma extremidade superior em comunicação com o subsistema de compressor/expansor de gás e uma extremidade inferior em comunicação com o interior do acumulador para transportar gás comprimido entre a camada de gás comprimido no acumulador e o subsistema de compressor/expansor. Uma haste pode ter uma extremidade inferior adjacente à abertura primária, uma extremidade superior espaçada da extremidade inferior, e uma parede lateral de haste estendendo para cima a partir da extremidade inferior até a extremidade superior e pelo menos parcialmente limitando um interior da haste para conter uma quantidade de um líquido. A haste pode ser conectável fluidicamente a uma fonte/coletor de
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15/80 líquido através de um duto de abastecimento de líquido. Um subsistema de armazenamento térmico pode ser fornecido em comunicação fluídica entre o subsistema de compressor/expansor de gás e o acumulador, em que energia térmica pode ser extraída do gás comprimido saindo do subsistema de compressor/expansor de gás em uma temperatura de saída e armazenada no subsistema de armazenamento térmico e a temperatura do gás saindo do subsistema de armazenamento térmico pode ser reduzida a uma temperatura de armazenamento que é inferior à temperatura de saída. Uma partição pode ser posicionada na extremidade inferior da haste e cobrir a abertura primária e separar o interior do acumulador do interior da haste, a partição tendo uma superfície externa em comunicação com o interior da haste e uma superfície interna oposta em comunicação com o interior do acumulador. Pelo menos uma da camada de gás comprimido e a camada de líquido pode encostar contra e pode exercer uma força de acumulador interna na superfície interna da partição e a quantidade de líquido dentro da haste encosta contra e exerce uma contraforça externa na superfície externa da partição, em que uma força resultante agindo na partição enquanto o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido está em uso é uma diferença entre a força do acumulador e a contraforça e pode ser menor que a força do acumulador.
[0077] O subsistema de armazenamento térmico pode incluir um aparelho de armazenamento térmico de múltiplos estágios.
[0078] Pelo menos uma porção do subsistema de armazenamento térmico pode estar localizada no subsolo.
[0079] Uma porção superior do duto de gás pode estender entre o subsistema de compressor/expansor e o subsistema de armazenamento térmico, e uma porção inferior do duto de gás pode estender entre o subsistema de armazenamento térmico e o acumulador e pode estender pelo menos
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16/80 parcialmente dentro do interior da haste.
[0080] A porção superior do duto de gás pode ser externa à haste.
[0081] O subsistema de armazenamento térmico pode incluir pelo menos um de um estágio de armazenamento térmico sensível e um estágio de armazenamento térmico latente.
[0082] O subsistema de armazenamento térmico pode incluir um ou mais materiais de mudança de fase.
[0083] O subsistema de armazenamento térmico pode incluir um primeiro estágio de armazenamento térmico latente utilizando um primeiro material de mudança de fase, e um segundo estágio de armazenamento térmico utilizando um segundo material de mudança de fase diferente.
[0084] Durante um processo de expansão, o gás saindo do acumulador pode passar pelo subsistema de armazenamento térmico antes de chegar ao subsistema de compressor/expansor de gás, em que pelo menos uma porção da energia térmica extraída do gás comprimido que entra no acumulador pode ser reintroduzida no gás saindo do acumulador para elevar a temperatura do gás a partir da temperatura de armazenamento para uma temperatura de saída superior antes da expansão.
[0085] Uma capacidade do subsistema de armazenamento térmico pode ser selecionada com base na duração de fase de compressão ou na duração de fase de expansão do sistema de armazenamento de energia de gás comprimido.
[0086] Pelo menos uma porção do subsistema de armazenamento térmico pode ser disposta dentro da haste e pode estar pelo menos parcialmente submersa na quantidade de líquido contido na haste.
[0087] O subsistema de armazenamento térmico pode ser submerso na quantidade de líquido contido na haste.
[0088] Pelo menos uma porção do subsistema de armazenamento térmico
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Y7/SQ pode ser disposta dentro do acumulador.
[0089] Todo o subsistema de armazenamento térmico pode ser disposto dentro do acumulador.
[0090] O subsistema de armazenamento térmico pode estar pelo menos parcialmente submerso na camada de líquido dentro do acumulador.
[0091] O subsistema de armazenamento térmico pode ser disposto dentro de uma câmara pressurizada.
[0092] O pressurizado pode ser subterrâneo.
[0093] A câmara pressurizada pode estar em comunicação fluídica com a camada de gás no acumulador.
[0094] Uma válvula reguladora pode estar em uma comunicação fluídica com um interior do subsistema de armazenamento térmico e a câmara pressurizada, a válvula reguladora pode ser configurada para manter um diferencial de pressão de limiar entre o interior do subsistema de armazenamento térmico e a câmara pressurizada.
[0095] O subsistema de compressor/expansor de gás pode incluir um primeiro estágio de compressão e pelo menos um segundo estágio de compressão a jusante do primeiro estágio de compressão. O subsistema de armazenamento térmico pode incluir um primeiro estágio de armazenamento térmico em comunicação fluídica entre o primeiro estágio de compressão e o segundo estágio de compressão, e um segundo estágio de armazenamento térmico em comunicação fluídica no segundo estágio de compressão e a camada de gás no acumulador.
[0096] O subsistema de compressor/expansor de gás pode incluir um primeiro estágio de expansão e pelo menos um segundo estágio de expansão a jusante do primeiro estágio de expansão. O subsistema de armazenamento térmico pode incluir um terceiro estágio de armazenamento térmico em
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18/80 comunicação fluídica entre a camada de gás no acumulador e o primeiro estágio de expansão, e um quarto estágio de armazenamento térmico em comunicação fluídica entre o primeiro estágio de expansão e a segunda expansão.
[0097] O subsistema de compressor/expansor de gás pode incluir um primeiro estágio de compressão, pelo menos um segundo estágio de compressão a jusante do primeiro estágio de compressão, um primeiro estágio de expansão e pelo menos um segundo estágio de expansão a jusante do primeiro estágio de expansão. O subsistema de armazenamento térmico pode incluir um primeiro estágio de armazenamento térmico que está em comunicação fluídica entre o primeiro estágio de compressão e o segundo estágio de compressão e que está em comunicação fluídica entre o primeiro estágio de expansão e o segundo estágio de expansão.
[0098] O subsistema de armazenamento térmico pode incluir um segundo estágio de armazenamento térmico que está em comunicação fluídica entre o segundo estágio de compressão e o acumulador e que está em comunicação fluídica entre o acumulador e o primeiro estágio de expansão.
[0099] Um duto de líquido pode fornecer comunicação fluídica entre o líquido no interior da haste e a camada de líquido no acumulador, em que líquido pode fluir entre o interior da haste e a camada de líquido no acumulador em resposta a mudanças na pressão da camada de gás comprimido.
[00100] Uma primeira extremidade do duto de líquido pode estar próxima da superfície externa da partição e em comunicação fluídica com a haste.
[00101] O duto de líquido pode passar através da partição.
[00102] Uma segunda extremidade do duto de líquido pode ser submersa na camada de líquido e pode permanecer fluidicamente isolada a partir da camada de gás quando o sistema de armazenamento de energia de gás
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19/80 comprimido está em uso.
[00103] Quando uma pressão da camada de gás comprimido é aumentada pelo transporte de gás adicional para a camada de gás comprimido, uma magnitude da força do gás pode ser aumentada e líquido pode ser transportado através do duto de líquido a partir da camada de líquido no acumulador para o interior da haste. Quando a pressão da camada de gás comprimido é reduzida pela liberação de gás a partir da camada de gás comprimido, a magnitude da força do gás pode ser diminuída e o líquido pode ser transportado através do duto de líquido a partir do interior da haste até a camada de líquido no acumulador.
[00104] O duto de abastecimento de gás pode passar através do interior da haste e pode estar pelo menos parcialmente submerso na quantidade do líquido.
[00105] O duto de abastecimento de gás pode ser externo à haste.
[00106] O duto de abastecimento de gás pode passar através da partição.
[00107] De acordo com um aspecto amplo dos ensinamentos aqui descritos, que pode ser usado sozinho ou em combinação com quaisquer outros aspectos, um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido pode incluir um acumulador com uma abertura primária, uma parede superior, uma parede inferior e um interior do acumulador pelo menos parcialmente delimitado à parede superior e à parede inferior. O acumulador pode conter uma camada de gás comprimido sobre uma camada de líquido. Um subsistema de compressor/expansor de gás pode ter pelo menos um primeiro compressor que é espaçado a partir do acumulador e de um primeiro estágio de expansão. Um primeiro duto de gás pode ter uma extremidade superior em comunicação com o primeiro estágio de compressão e uma extremidade inferior em comunicação
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20/80 com uma primeira localização no interior do acumulador para transportar gás comprimido para a camada de gás comprimido. Uma haste pode ter uma extremidade inferior adjacente à abertura primária, uma extremidade superior espaçada da extremidade inferior, e uma parede lateral de haste estendendo para cima a partir da extremidade inferior até a extremidade superior e pelo menos parcialmente limitando um interior da haste contendo uma quantidade de líquido. A haste pode ser conectável fluidicamente a uma fonte/coletor de líquido através de um duto de abastecimento de líquido. Uma partição pode ser posicionada na extremidade inferior da haste e cobrir a abertura primária e separar o interior do acumulador do interior da haste. A partição pode ter uma superfície externa em comunicação com o interior da haste e uma superfície interna oposta em comunicação com o interior do acumulador. Pelo menos uma da camada de gás comprimido e a camada de líquido pode encostar contra e exercer uma força de acumulador interna na superfície interna da partição e a quantidade de líquido no interior da haste pode encostar contra e pode exercer uma contraforça externa sobre a superfície externa da partição, em que uma força resultante agindo na partição enquanto o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido está em uso é uma diferença entre a força do acumulador e a contraforça e pode ser menor que a força do acumulador.
[00108] Um segundo duto de gás pode ser afastado do primeiro duto de gás, e pode ter uma extremidade inferior em comunicação com uma segunda localização no interior do acumulador e uma extremidade superior que é espaçada da extremidade superior do primeiro duto de gás e está em comunicação fluídica com o primeiro expansor.
[00109] Um terceiro duto de gás pode ser espaçado do primeiro duto de gás e do segundo duto de gás. O terceiro duto de gás pode ter uma extremidade inferior em comunicação com uma terceira localização no interior
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21/80 do acumulador e uma extremidade superior espaçada da extremidade superior do primeiro duto de gás e da extremidade superior do segundo duto de gás e está em comunicação fluídica com um segundo expansor que é espaçado do primeiro expansor.
[00110] Pelo menos um do primeiro duto de gás, segundo duto de gás e terceiro duto de gás pode estender através do interior da haste e pode ser submerso na quantidade de água contida na haste.
[00111] Opcionalmente, apenas o primeiro duto de gás pode estender através do interior da haste e pode ser submerso na quantidade de água contida na haste, e o segundo duto de gás e terceiro duto de gás podem ser externos à haste.
[00112] O primeiro expansor pode ser operável independentemente do segundo expansor.
[00113] Um terceiro expansor pode estar próximo do primeiro compressor e pode estar em comunicação fluídica com a extremidade superior do primeiro duto de gás.
[00114] O primeiro compressor pode estar próximo da haste e o primeiro expansor pode ser espaçado da haste.
[00115] Um duto de líquido pode fornecer comunicação fluídica entre o líquido no interior da haste e a camada de líquido no acumulador, em que líquido pode fluir entre o interior da haste e a camada de líquido no acumulador em resposta a mudanças na pressão da camada de gás comprimido.
[00116] Uma extremidade superior do duto de líquido pode estar próxima da superfície superior da partição.
[00117] O duto de líquido pode passar através da partição.
[00118] Uma extremidade inferior do duto de líquido pode ser submersa na camada de líquido dentro do acumulador e permanece
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22/80 fluidicamente isolada da camada de gás dentro do acumulador quando o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido está em uso.
[00119] Quando uma pressão da camada de gás comprimido é aumentada por transporte de gás adicional para a camada de gás comprimido, uma magnitude da força do gás pode ser aumentada e líquido pode ser transportado através do duto de líquido a partir da camada de líquido no acumulador para o interior da haste, e quando a pressão da camada de gás comprimido é reduzida por liberar gás a partir da camada de gás comprimido, a magnitude da força do gás pode ser diminuída e o líquido pode ser transportado através do duto de líquido a partir do interior da haste até a camada de líquido no acumulador.
[00120] Pelo menos o primeiro duto de abastecimento de gás pode passar através do interior da haste e pode estar pelo menos parcialmente submerso na quantidade do líquido.
[00121] Pelo menos o primeiro duto de abastecimento de gás pode ser externo à haste.
[00122] Pelo menos o primeiro duto de abastecimento de gás pode passar através da partição.
[00123] Um subsistema de armazenamento térmico pode ser fornecido em comunicação fluídica a jusante do subsistema de compressor/expansor de gás e a montante do acumulador, em que o gás comprimido saindo do subsistema de compressor/expansor de gás a uma temperatura de saída passa através do subsistema de armazenamento térmico, em que energia térmica é extraída do gás comprimido e armazenada no subsistema de armazenamento térmico e a temperatura do gás saindo do subsistema de armazenamento térmico é reduzida a uma temperatura de armazenamento inferior à temperatura de saída.
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23/80 [00124] Outros aspectos e modalidades são descritos em mais detalhes abaixo.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [00125] As modalidades da invenção serão agora descritas com referência aos desenhos anexos em que:
A Figura 1 é uma vista de seção transversal esquemática dos componentes de um exemplo de um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido compensado hidrostaticamente;
A Figura 2 é uma vista em planta de topo dos componentes de uma antepara para o subsistema de armazenamento de energia de gás comprimido da Figura 1;
A Figura 3 é uma vista em elevação lateral da antepara da Figura 2;
A Figura 4 é uma vista de seção transversal lateral da antepara da Figura 2, tomada ao longo da linha 4-4;
A Figura 5 é uma representação esquemática de componentes de um exemplo de um subsistema de compressor/expansor que é utilizável com qualquer um dos sistemas de armazenamento de energia de gás comprimido, de acordo com uma modalidade.
A Figura 6A é uma vista de seção transversal esquemática dos componentes de outro exemplo de um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido;
A Figura 7A é uma vista ampliada de uma parte dos componentes do sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da Figura 6A;
A Figura 6B é uma vista de seção transversal esquemática dos componentes de outro exemplo de um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido;
A Figura 7B é uma vista ampliada de uma porção dos componentes do
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24/80 sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da Figura 6B;
A Figura 8 é uma vista de seção transversal esquemática dos componentes de outro exemplo de um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido;
A Figura 9 é uma vista de seção transversal esquemática dos componentes de outro exemplo de um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido;
A Figura 10 é uma vista esquemática de componentes de um subsistema de compressor/expansor para o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido, de acordo com uma modalidade;
A Figura 11 A é uma vista esquemática de componentes de um subsistema de compressor/expansor alternativo para um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido, com múltiplos estágios de compressão, cada um associado a um respectivo trocador de calor;
A Figura 11B é uma vista esquemática dos componentes de um subsistema de compressor/expansor alternativo para um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido, com múltiplos estágios de compressão, cada um associado a um respectivo trocador de calor.
A Figura 12 é uma vista esquemática de componentes de um subsistema de compressor/expansor alternativo para um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido, com múltiplos estágios de expansão, cada um associado a um respectivo trocador de calor;
A Figura 13 é uma vista esquemática de componentes de um subsistema de compressor/expansor alternativo para um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido, com pares de estágios de compressão e expansão, cada um associado a um respectivo trocador de calor;
A Figura 14 é uma vista esquemática de componentes do subsistema de
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25/80 compressor/expansor alternativo da Figura 13, mostrando o fluxo de ar durante uma fase de expansão (liberação) a partir do armazenamento através de múltiplos expansores e trocadores de calor;
A Figura 15 é uma vista esquemática de componentes do subsistema de compressor/expansor alternativo da Figura 13, mostrando o fluxo de ar durante uma compressão (armazenamento) a partir do ambiente através de múltiplos compressores e trocadores de calor;
A Figura 16 é uma vista seccional de componentes de um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido, de acordo com uma modalidade;
A Figura 17 é uma vista esquemática de componentes de um subsistema de compressor/expansor para o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido, de acordo com uma modalidade;
A Figura 18 é uma vista esquemática de componentes de um subsistema de compressor/expansor alternativo para um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido, com múltiplos estágios de compressão, cada um associado a um respectivo estágio de um subsistema de armazenamento térmico;
A Figura 19 é uma vista esquemática de componentes de um subsistema de compressor/expansor alternativo para um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido, com múltiplos estágios de expansão cada um associado a um respectivo estágio de um subsistema de armazenamento térmico;
A Figura 20 é uma vista esquemática de componentes de um subsistema de compressor/expansor alternativo para um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido, com pares de estágios de compressão e expansão cada um associado a um respectivo estágio de um subsistema de
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26/80 armazenamento térmico;
A Figura 21 é uma vista esquemática de componentes do subsistema de compressor/expansor alternativo da Figura 20, mostrando o fluxo de ar durante uma fase de expansão (liberação) do armazenamento através de múltiplos expansores e respectivos estágios de um subsistema de armazenamento térmico;
A Figura 22 é uma vista esquemática de componentes do subsistema de compressor/expansor alternativo da Figura 20, mostrando o fluxo de ar durante uma compressão (armazenamento) a partir do ambiente através de múltiplos compressores e respectivos estágios de um subsistema de armazenamento térmico;
A Figura 23 é uma vista seccional de componentes de um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido, de acordo com uma modalidade alternativa;
A Figura 24 é uma vista seccional de componentes de um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido alternativo, de acordo com outra modalidade alternativa;
A Figura 25 é uma vista de seção transversal esquemática dos componentes de outro exemplo de um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido;
A Figura 26 é uma representação esquemática de outra modalidade de um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido;
A Figura 27 é uma vista de seção transversal esquemática dos componentes de outro exemplo de um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido; e
A Figura 28 é uma vista de seção transversal esquemática dos componentes de mais um outro exemplo de um sistema de armazenamento de energia de gás
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T7/SQ comprimido.
DESCRIÇÃO DETALHADA [00126] Vários aparelhos ou processos serão descritos abaixo para fornecer um exemplo de uma modalidade de cada invenção reivindicada. Nenhuma modalidade descrita abaixo limita qualquer invenção reivindicada e qualquer invenção reivindicada pode abranger processos ou aparelhos que diferem dos descritos abaixo. As invenções reivindicadas não estão limitadas a aparelhos ou processos tendo todos os recursos de qualquer aparelho ou processo descrito abaixo ou a recursos comuns a múltiplos ou a todos os aparelhos descritos abaixo. É possível que um aparelho ou processo descrito abaixo não seja uma modalidade de qualquer invenção reivindicada. Qualquer invenção descrita em um aparelho ou processo descrito abaixo que não seja reivindicado neste documento pode ser matéria reivindicada de outro instrumento de proteção, por exemplo, um pedido de patente em andamento, e os solicitantes, inventores ou proprietários não pretendem abandonar, negar ou dedicar ao público qualquer invenção por sua descrição neste documento.
[00127] A energia produzida por alguns tipos de fontes de energia, tais como moinhos de vento, painéis solares e similares, pode tender a ser produzida durante certos períodos (por exemplo, quando está ventando ou ensolarado, respectivamente) e não produzida durante outros períodos (se não está ventando, nem à noite, etc.). No entanto, a demanda por energia nem sempre coincide com os períodos de produção, e pode ser útil armazenar a energia para uso posterior. Da mesma forma, pode ser útil armazenar energia gerada usando geradores de energia convencionais (carvão, gás e/ou usinas nucleares, por exemplo) para ajudar a facilitar o armazenamento da energia gerada durante períodos de não pico (por exemplo, períodos em que o abastecimento de eletricidade pode ser maior que a demanda), e/ou quando o custo da
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28/80 eletricidade é relativamente alto) e permitir que a energia seja utilizada durante períodos de pico (por exemplo, quando a demanda por eletricidade pode ser igual ou maior que o abastecimento e/ou quando o custo da eletricidade é relativamente alto).
[00128] Como descrito aqui, comprimir e armazenar um gás (tal como ar), usando um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido adequado, é uma maneira de armazenar energia para uso posterior. Por exemplo, durante os horários de não pico, energia (isto é, eletricidade) pode ser usada para acionar compressores e comprimir um volume de gás para uma pressão relativamente alta desejada para armazenamento. O gás pode então ser armazenado a uma pressão relativamente alta dentro de qualquer recipiente ou vaso adequado, tal como um acumulador adequado. Para extrair a energia armazenada, o gás pressurizado pode ser liberado do acumulador e utilizado para acionar qualquer aparelho expansor adequado ou semelhante e, finalmente, para ser utilizado para acionar um gerador ou semelhante para produzir eletricidade. A quantidade de energia que pode ser armazenada em um dado sistema de armazenamento de energia de gás comprimido pode estar relacionada à pressão na qual o gás é comprimido/armazenado, com maior armazenamento de pressão geralmente facilitando um maior armazenamento de energia. No entanto, conter gases a pressões relativamente elevadas em sistemas convencionais, tal como entre cerca de 4.559.625-15.198.750 Pa (45150 atm), pode requerer recipientes de armazenamento/vasos de pressão relativamente fortes, especializados e muitas vezes relativamente dispendiosos.
[00129] Com referência à Figura 1 um exemplo de um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido compensado hidrostaticamente 10, que pode ser usado para comprimir, armazenar e liberar um gás, inclui um acumulador 12 que está localizado no subsolo (embora em outra modalidade o
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29/80 acumulador possa ser localizado acima do solo). Neste exemplo, o acumulador 12 serve como uma câmara para conter tanto gás comprimido como um líquido (tal como água) e pode incluir qualquer tipo adequado de vaso ou tanque de pressão, ou como neste exemplo pode ser uma gruta subterrânea ou caverna que está dentro do solo 200. Nesta modalidade, o acumulador 12 é revestido, por exemplo, utilizando concreto, metal, plástico e suas combinações ou semelhantes, para ajudar a fazê-lo substancialmente impermeável ao gás e/ou líquido, de modo a evitar a saída indesejável de gás ou líquido de dentro do interior 23. Em uma outra modalidade, o acumulador é de preferência impermeável ao gás e ou líquido sem requerer um revestimento.
[00130] O acumulador 12 pode ter qualquer configuração adequada e, neste exemplo, inclui uma parede superior 13 e uma parede inferior oposta 15 que são separadas uma da outra por uma altura de acumulador 17. As paredes superior e inferior 13 e 15 podem ser de qualquer configuração adequada, incluindo curvada, arqueada, ângulo e semelhantes, e no exemplo ilustrado são mostradas como superfícies geralmente planas, que são geralmente paralelas a um plano de referência horizontal 19. O acumulador 12 também tem uma largura de acumulador (não mostrada - medida para dentro da página, conforme ilustrado na Figura 1). As paredes superior e inferior 13 e 15, juntamente com uma ou mais paredes laterais 21 definem, pelo menos parcialmente, um interior 23 do acumulador 12, que tem um volume de acumulador. O acumulador 12 em uma dada modalidade do sistema 10 pode ser dimensionado com base em uma variedade de fatores (por exemplo, a quantidade de gás a ser armazenado, o espaço disponível em um determinado local, etc.) e pode, em alguns exemplos, estar entre cerca de 1.000 m3e cerca de 2.000.000 m3ou mais. Por exemplo, nesta modalidade, o acumulador 12 contém uma camada de gás comprimido 14 armazenado sobre uma camada de líquido
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16, e o seu volume (e assim capacidade) pode ser selecionado com base na quantidade de gás 14 a ser armazenado, a duração do armazenamento necessário para o sistema 10, e outros fatores adequados que podem estar relacionados à capacidade ou outros recursos de uma fonte de energia e/ou carga de energia adequada (ver fonte de energia/S/L de carga na Figura 5) com a qual o sistema 10 será associado. A fonte de energia/S/L de carga pode ser, em alguns exemplos, uma grade elétrica, uma fonte de energia (incluindo fontes renováveis e opcionalmente não renováveis) e similares.
[00131] De preferência, o acumulador 12 pode ser posicionado abaixo do solo ou debaixo d'água, mas, alternativamente, pode ser pelo menos parcialmente acima do solo. Posicionar o acumulador 12 dentro do solo 200, como mostrado, pode permitir que o peso do chão/solo ajude a apoiar/suportar as paredes 13, 15 e 21 do acumulador 12, e ajuda a resistir a quaisquer forças que atuam para fora que são exercidas nas paredes 13, 15 e 21 do interior 23 do acumulador. Sua profundidade no solo é estabelecida de acordo com as pressões nas quais o equipamento de compressão/expansão a ser usado é operado com mais eficiência. O gás que deve ser comprimido e armazenado no acumulador 12 pode ser qualquer gás adequado, incluindo, mas não limitado a, ar, nitrogênio, gases nobres e combinações dos mesmos e semelhantes. A utilização de ar pode ser preferível em algumas modalidades, uma vez que uma quantidade desejada de ar pode ser arrastada para dentro do sistema a partir do ambiente circundante, ambiente e gás/ar que é liberado de dentro do acumulador 12 pode ser ventilado para o meio ambiente, opcionalmente requerendo tratamento adicional. Nesta modalidade, o gás comprimido 14 é ar atmosférico comprimido e o líquido é água.
[00132] Opcionalmente, para ajudar a fornecer acesso ao interior do acumulador 12, por exemplo, para utilização durante a construção do
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31/80 acumulador e/ou para permitir acesso para inspeção e/ou manutenção, o acumulador 12 pode incluir pelo menos uma abertura que possa ser vedada de uma maneira geralmente estanque ao ar/gás quando o sistema 10 estiver em uso. Neste exemplo, o acumulador 12 inclui uma abertura primária 27 que é fornecida na parede superior 13. A abertura primária 27 pode ter qualquer tamanho adequado e pode ter uma área de seção transversal (tomada no plano 19) que seja adequada com base nos requisitos específicos. Em uma modalidade, a área de seção transversal está entre cerca de 0,75 m2e cerca de 80 m2, mas pode ser maior ou menor em uma dada modalidade.
[00133] Quando o sistema 10 está em uso, a abertura primária 27 pode ser selada usando qualquer tipo adequado de partição que pode funcionar como um membro de selagem adequado. Na modalidade da Figura 1, o sistema 10 inclui uma partição na forma de uma antepara 24 que cobre a abertura primária 27. A Figura 2 é uma vista em planta superior dos componentes desta modalidade de uma antepara 24 e as Figuras 3 e 4 são vistas de elevação lateral e de seção transversal lateral, respectivamente, da antepara 24. Neste exemplo, a antepara 24 tem um corpo principal 25 que inclui uma superfície inferior 29 voltada para o interior 23 do acumulador 12, e em uma alternativa, geralmente exposto a e em comunicação fluídica com a camada de gás comprimido 14 e uma superfície superior oposta 31 em uma extremidade superior do corpo 25 que está voltada para o interior 54. Um flange 26 estende geralmente lateralmente para fora em direção à extremidade inferior da antepara, de tal modo que a extremidade superior da antepara 24 tem uma largura superior 33 que pode estar entre cerca de 1-8 m, e pode ser dimensionada para encaixar dentro da abertura 27, e a extremidade inferior da antepara 24 tem uma largura inferior 35 que é maior do que a largura superior 33 e pode estar entre cerca de l,2m e cerca de 10m, por exemplo. Nesta disposição, uma superfície de ressalto
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32/80 geralmente virada para cima 37 é definida e estende em torno da periferia da antepara 24. Quando a antepara 24 está no lugar, como mostrado na Figura 1, a superfície de ressalto 37 pode encostar na superfície superior 13 do acumulador 12, e pode ajudar a resistir ao movimento ascendente da antepara 24 através da abertura 27. A antepara 24 pode ser presa a e, de um modo preferido, selada com a parede superior 13 utilizando qualquer mecanismo adequado para ajudar a selar e envolver o interior 23. Em outras modalidades, a antepara 24 pode ter uma configuração diferente e adequada.
[00134] A antepara 24 pode ser fabricada in situ, ou pode ser fabricada fora do local, e pode ser feita de qualquer material adequado, incluindo, concreto, metal, plásticos, compósitos e similares. Na modalidade ilustrada, a antepara 24 é montada in situ na interface entre a haste 18 e o acumulador 12 de múltiplas peças de concreto armado.
[00135] Na modalidade da Figura 1, a abertura primária 27 é fornecida na superfície superior 13 do acumulador 12. Alternativamente, em outras modalidades, a abertura primária 27 e qualquer partição associada podem ser fornecidas em diferentes partes do acumulador 12, incluindo, por exemplo, em uma parede lateral (tal como a parede lateral 21), em uma superfície inferior (tal como a superfície inferior 15) ou outra localização adequada. A localização da abertura primária 27 e a partição associada pode ser selecionada com base em uma variedade de fatores incluindo, por exemplo, as condições do solo e do subsolo, a disponibilidade de estruturas existentes (por exemplo, se o sistema 10 está sendo adaptado para alguns espaços existentes, tais como minas, pedreiras, instalações de armazenamento e semelhantes), pressões de operação, configurações de haste e semelhantes. Por exemplo, alguns aspectos dos sistemas 10 aqui descritos podem ser adaptados para câmaras subterrâneas pré-existentes, as quais podem ter sido construídas com aberturas nas suas
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33/80 paredes laterais, pavimentos e semelhantes. A utilização de algumas destas formações existentes pode ajudar a facilitar a construção e/ou adaptação das câmaras utilizadas no sistema e pode reduzir ou eliminar a necessidade de formar aberturas adicionais nas superfícies superiores das câmaras. Reduzir o número total de aberturas no acumulador pode ajudar a facilitar a vedação e pode ajudar a reduzir as chances de vazamentos e afins.
[00136] Quando a abertura primária 27 estende ao longo da parede lateral 21 do acumulador 12, pode ser posicionada de tal modo que é contatada apenas pela camada de gás 14 (ou seja, em direção ao topo do acumulador 12), contatada apenas pela camada de líquido 16 (isto é, submergida no interior da camada de líquido 16 e na direção do fundo do acumulador) e/ou por uma combinação tanto da camada de gás 14 como da camada de líquido 16 (isto é, parcialmente submersa e parcialmente não submersa no líquido). A posição específica da superfície livre da camada de líquido 16 (isto é a interface entre a camada de líquido 16 e a camada de gás 14) pode mudar enquanto o sistema 10 está em uso quando o gás é forçado (fazendo com que a camada de líquido caia) e/ou retirado do acumulador (permitindo que o nível do líquido suba).
[00137] Como ilustrado na representação esquemática na Figura 27, a abertura primária 27 é fornecida na parede lateral 15 do acumulador 12, e a antepara 24 é posicionada de tal modo que é geralmente parcialmente submersa na camada de líquido 16 e parcialmente exposta à camada de gás 14 quando o sistema 10H está em uso. Neste exemplo, o duto de abastecimento de gás 22 passa através da antepara 24 e é disposto de modo que a sua extremidade inferior 62 esteja localizada na porção superior do acumulador 12 de modo a permanecer em comunicação com a camada de gás 14, e fluidicamente isolada da camada de líquido 16, independentemente do nível do líquido dentro do acumulador 12. Alternativamente, o duto de abastecimento de gás 22 pode ser
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34/80 posicionado de tal modo que não passe através da antepara 24 quando o sistema é configurado desta maneira.
[00138] Nas modalidades da Figura 1 e 27, a partição inclui uma antepara fabricada 24 que está posicionada para cobrir e, opcionalmente, selar a abertura primária 27 no perímetro do acumulador. Alternativamente, em outras modalidades, a partição pode ser pelo menos parcialmente formada a partir de materiais naturais, tais como rochas e semelhantes. Por exemplo, uma partição adequada pode ser formada deixando e/ou moldando porções de rocha natural para ajudar a formar pelo menos uma porção do limite de pressão entre o interior do acumulador e a haste. Tais formações podem ser tratadas, revestidas ou de outro modo modificadas para ajudar a garantir que sejam suficientemente impermeáveis ao gás, de modo a serem capazes de suportar os diferenciais de pressão de operação desejados entre o interior do acumulador e a haste. Isto pode ser feito, em algumas modalidades, escavando seletivamente a haste 18 e o acumulador 12 de tal modo que uma porção da rocha circundante é geralmente não perturbada durante a escavação e construção da haste 18 e acumulador 12. Alternativamente, rocha ou outro tal material pode ser reintroduzido em um local adequado dentro do acumulador 12 e/ou haste 18 após ter sido previamente escavado. Isto pode ajudar a reduzir a necessidade de fabricar uma antepara separada e instalá-la dentro do sistema 10. Em disposições desta natureza, a abertura primária 27 pode ser formada como uma abertura em uma parede lateral 21 do acumulador 12 ou, alternativamente, um lado do acumulador 12 pode estar substancialmente aberto de tal modo que a abertura primária 27 estende substancialmente a toda a altura do acumulador 17, e forma substancialmente um lado inteiro do acumulador 12.
[00139] Com referência à Figura 28, outra modalidade de um sistema de armazenamento de gás comprimido 101 é configurada com uma partição que
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35/80 inclui uma projeção 200A, identificada usando a hachura cruzada na Figura 28, que é formada geralmente do mesmo material que o solo circundante 200. Neste exemplo, o sistema 101 não precisa incluir uma antepara fabricada separadamente 24, como mostrado em outras modalidades. O sistema 10 nesta modalidade é configurado de modo que o duto de abastecimento de gás 22 esteja afastado da projeção 200A e não se estenda através da partição. Em vez disso, pode ser fornecido uma haste ou orifício separado para acomodar o duto 22. Para ajudar a fornecer a comunicação de líquido entre o interior da haste 18 e a camada de líquido 16, pode ser fornecido um duto de abastecimento de líquido 40 para prolongar a projeção 200A ou como ilustrado, pelo menos parte do duto de abastecimento de líquido 40 pode ser fornecida por um canal de fluxo que passa por baixo da projeção 200A e conecta fluidicamente a haste 18 à camada de líquido 16, e nas extremidades 64 e 66 do duto de abastecimento de líquido 40 pode ser as extremidades abertas da passagem.
[00140] Opcionalmente, em tais modalidades, o duto de abastecimento de gás 22 pode ser disposto para passar através da partição/projeção 200A, como ilustrado na Figura 28. Nesta disposição (e na modalidade mostrada na Figura 27), o duto 22 pode ser configurado de modo que a sua extremidade 62 esteja posicionada na porção superior do acumulador 12 para ajudar a impedir que a camada de líquido 16 atinja a extremidade 62. Alternativamente, o duto de abastecimento de gás 22 não precisa passar através da partição, como ilustrado esquematicamente usando linhas tracejadas para dutos alternativos 22 [00141] Opcionalmente, o sistema 101 pode ser disposto de modo que o duto de abastecimento de gás 22 passe pelo menos parcialmente através do duto de abastecimento de líquido 40. Isto pode ajudar a reduzir o número de aberturas que precisam ser fornecidas na partição/projeção 200A. Na
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36/80 modalidade da Figura 28, outra disposição opcional do duto de abastecimento de gás 22 é mostrada utilizando linhas tracejadas e passa através do canal de fluxo, a partir da haste 18 para o interior do acumulador 12. Nesta disposição, o duto de abastecimento de gás 22 é encaixado, e passa através do duto de abastecimento de líquido 40 e também passa por baixo da projeção 200A. Opcionalmente, uma configuração na qual pelo menos parte do duto de abastecimento de gás 22 é recebida dentro de uma porção do duto de abastecimento de líquido 40 também pode ser utilizada em outras modalidades do sistema 10 (incluindo as descritas e ilustradas aqui), incluindo aquelas em que tanto o duto de abastecimento de líquido 40 como o duto de abastecimento de gás 40 passam através da partição.
[00142] Quando o acumulador 12 está em uso, pelo menos uma da camada de gás pressurizado 14 e a camada de líquido 16, ou ambas, podem entrar em contato e exercer pressão sobre a superfície interna 29 da antepara 24, o que resultará em uma força de acumulador interna atuante geralmente para fora, (para cima nesta modalidade), representada por seta 41 na Figura 1, atuando na antepara 24. A magnitude da força de acumulador interna 41 é dependente da pressão do gás 14 e da área de seção transversal (tomada no plano 19) da superfície inferior 29. Para uma dada área de superfície inferior 29, a magnitude da força de acumulador interna 41 pode variar geralmente de forma proporcional à pressão do gás 14.
[00143] Preferencialmente, uma força atuante para dentro, (para baixo nesta modalidade) pode ser aplicada à superfície externa 31 da antepara 24 para ajudar a compensar e/ou contrabalançar a força de acumulador interna 41. A aplicação de uma contraforça desta natureza pode ajudar a reduzir a força resultante na antepara 24 enquanto o sistema 10 está em uso. Isto pode ajudar a facilitar o uso de uma antepara 24 com tolerâncias de pressão mais baixas do
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37/80 que seria necessário se a antepara 24 tivesse que resistir a toda a magnitude da força de acumulador interna 41. Isto pode permitir que a antepara 24 seja relativamente menor, mais leve e menos dispendiosa. Esta disposição também pode ajudar a reduzir as chances de falha da antepara 24 enquanto o sistema 10 estiver em uso. Opcionalmente, pode ser criada uma contraforça adequada submetendo a superfície superior 31 a um ambiente pressurizado, tal como um gás ou líquido pressurizado que está em contato com a superfície superior 31, e calibrando a pressão que atua na superfície superior 31 (com base na área de seção transversal relativa da superfície superior 31 e a pressão que atua na superfície inferior 29) de modo que a contraforça resultante, mostrada pela seta 46 na Figura 1, tenha uma magnitude desejável. Em algumas configurações, a magnitude da contraforça 46 pode estar entre cerca de 80% e cerca de 99% da força de acumulador interna 41, e pode opcionalmente estar entre cerca de 90% e cerca de 97%, e pode ser aproximadamente igual à magnitude da força de acumulador interna 41.
[00144] Na presente modalidade, o sistema 10 inclui uma haste 18 tendo uma extremidade inferior 43 que está em comunicação com a abertura 27 na parede superior 13 do acumulador 12, e uma extremidade superior 48 que é espaçada da extremidade inferior 43 por uma altura de haste 50. Pelo menos uma parede lateral 52 prolonga-se desde a extremidade inferior 43 para a extremidade superior 48 e define, pelo menos parcialmente, um interior de haste 54 que tem um volume. Nesta modalidade, a haste 18 é geralmente linear e prolonga-se ao longo de um eixo de haste geralmente vertical 51, mas pode ter outras configurações, tais como um declive linear ou helicoidal, em outras modalidades. A extremidade superior 48 da haste 18 pode estar aberta para a atmosfera A, como mostrado, ou pode ser tampada, fechada ou selada de qualquer outro modo. Nesta modalidade, a haste 18 é geralmente cilíndrica com
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38/80 um diâmetro 56 de cerca de 3 metros e em outras modalidades o diâmetro 56 pode estar entre cerca de 2m e cerca de 15m ou mais, ou pode estar entre cerca de 5m e 12m, ou entre cerca de 2m e cerca de 5m. Em tais disposições, o interior 52 da haste 18 pode ser capaz de acomodar cerca de 1.000 -150.000 m3de água.
[00145] Nesta disposição, a antepara 24 é posicionada na interface entre a haste 18 e o acumulador 12, e a superfície externa 31 (ou pelo menos uma parte da mesma) fecha e sela a extremidade inferior 43 da haste 18. De preferência os outros limites da haste 18 (por exemplo, a parede lateral 52) são geralmente impermeáveis a líquidos, de tal modo que o interior 54 pode ser preenchido com, e pode geralmente reter uma quantidade de um líquido, tal como água 20. Um duto de abastecimento/reabastecimento de água 58 pode fornecer comunicação fluídica entre o interior 54 da haste 18 e uma fonte/coletor de água 150 para permitir que a água flua para dentro ou para fora do interior da haste 18, como requerido quando o sistema 10 está em uso. Opcionalmente, uma válvula de controle de fluxo 59 (como mostrado na Figura 1) pode ser fornecida no duto de abastecimento/reabastecimento de água 58. A válvula de controle de fluxo 59 pode ser aberta enquanto o sistema 10 estiver em uso para ajudar a facilitar o fluxo desejado de água entre a haste 18 e a fonte/coletor de água 150. Opcionalmente, a válvula de controle de fluxo 59 pode ser fechada para isolar fluidicamente a haste 18 e a fonte/coletor de água 150, se desejado. Por exemplo, a válvula de controle de fluxo 59 pode ser fechada para ajudar a facilitar a drenagem do interior 54 da haste 18 para inspeção, manutenção ou semelhante.
[00146] A fonte/coletor de água 150 pode ser de qualquer natureza adequada, e pode incluir, por exemplo, uma conexão a um abastecimento ou reservatório de água municipal, um reservatório construído propositadamente, um tanque de armazenamento, uma torre de água, e/ou um corpo de água
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39/80 natural, como um lago, rio ou oceano, lençol freático ou um aquífero. No exemplo ilustrado, a fonte/coletor de água 150 é ilustrada como um lago. Permitir que a água flua através do duto 58 pode ajudar a assegurar que uma quantidade suficiente de água 20 possa ser mantida na haste 18 e que o excesso de água 20 possa ser drenado da haste 18. O duto 58 pode ser ligado à haste 18 em qualquer local adequado e, de preferência, é conectado à extremidade superior 48. De preferência, o duto 58 pode ser posicionado e configurado de tal modo que a água flua a partir da fonte/coletor 150 para a haste 18 através da gravidade, e não precisa incluir bombas alimentadas externas ou outro aparelho de transporte. Embora o duto 58 esteja representado nas figuras como horizontal, pode ser não horizontal.
[00147] Neste exemplo, a água 20 na haste 18 suporta contra o exterior da antepara 24 e é, assim, suportada no topo da antepara 24. A quantidade de pressão que atua na superfície externa 31 da antepara 24 neste exemplo irá variar com o volume de água 20 que é suportado, o que para um dado diâmetro 56 irá variar com a altura 50 da coluna de água. Nesta disposição, a magnitude da contraforça 46 pode então ser geralmente proporcional à quantidade de água 20 retida na haste 18. Para aumentar a magnitude da contraforça 46, pode ser adicionada mais água 20. Para reduzir a magnitude da contraforça 46, a água 20 pode ser removida a partir do interior 54.
[00148] A camada de de ar ar comprimidomazenado 14 subjacente à antepara 24 serve, juntamente com a técnica pela qual antepara 24 é estavelmente afixada ao redor do solo, em uma alternativa para pedra circundante no solo na interface entre o acumulador 12 e haste 18, para suportar a antepara 24 e a quantidade de líquido contida no interior da haste 18.
[00149] De preferência, como será descrito, a pressão na qual a quantidade de água 20 suporta contra antepara 24 e pode ser mantida de modo
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40/80 que a magnitude da contraforça 46 é igual ou quase igual à magnitude da força de acumulador interna 41 exercida pelo gás comprimido na camada de gás comprimido 14 armazenada no acumulador 12. Na modalidade ilustrada, operar o sistema 10 de modo a manter um diferencial de pressão (ou seja, a diferença entre a pressão do gás no interior do acumulador 12 e a pressão hidrostática na extremidade inferior 43 da haste 18) dentro de uma quantidade de limiar - uma quantidade preferencialmente entre 0 e 400.000 Pa (0 e 4 Bar), tal como 200.000 Pa (2 Bar) - a força resultante líquida agindo na antepara 24 (ou seja, a diferença entre a força de acumulador interna 41 e a contraforça 46) pode ser mantida abaixo de um limite de força resultante de limiar predeterminado. A manutenção do diferencial de pressão resultante, e a magnitude da força resultante relacionada, abaixo de um limite de diferencial de pressão resultante de limiar, pode ajudar a reduzir a necessidade da antepara 24 ser muito grande e altamente reforçada e, consequentemente, relativamente dispendiosa. Em modalidades alternativas, utilizar uma antepara 24 relativamente forte e/ou técnica de instalação para fixar a antepara 24 no acumulador 12 pode ajudar a aguentar uma pressão relativamente elevada e diferencial de pressão resultante, mas pode ser mais dispendioso construir e instalar, sendo todas as outras coisas iguais. Além disso, a altura 17 do acumulador 12 pode ser importante para o diferencial de pressão: se a altura 17 for de cerca de 10 metros, então a pressão ascendente na antepara 24 será 100.000 Pa (1 Bar) mais alta do que a pressão descendente na antepara 24 a partir da água 20 na haste 18.
[00150] Cada de haste 18 e acumulador 12 pode ser formado no solo 200 utilizando técnicas semelhantes às utilizadas para produzir as minas e outras estruturas subterrâneas.
[00151] Para ajudar a manter as forças 41 e 46 substancialmente
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41/80 iguais para fora e para dentro na antepara 24, o sistema 10 pode ser utilizado para ajudar a manter um diferencial desejado nas pressões de acumulador e de haste que está abaixo de uma quantidade de limiar. Estas pressões podem ser controladas adicionando ou removendo gás a partir do acumulador 12 de camada de gás comprimido 14 usando qualquer subsistema de compressor/expansor adequado 100, e a água pode ser transportada entre a camada de líquido 16 e a água 20 na haste 18.
[00152] Nesta modalidade, um duto de gás 22 é fornecido para transportar ar comprimido entre a camada de gás comprimido 14 e o subsistema de compressor/expansor 100, que pode converter energia de ar comprimido para eletricidade. Similarmente, um duto de líquido 40 é configurado para transportar água entre a camada de líquido 16 e a água 20 na haste 18. Cada duto 22 e 40 pode ser formado a partir de qualquer material adequado, incluindo metal, plástico e semelhantes.
[00153] Neste exemplo, o duto de gás 22 tem uma extremidade superior 60 que é conectada ao subsistema de compressor/expansor 100, e uma extremidade inferior 62 que está em comunicação com a camada de gás 14. O duto de gás 22 é, neste exemplo, posicionado no interior e prolonga-se dentro da haste 18 e passa através da antepara 24 para alcançar a camada de gás 14. O posicionamento do duto de gás 22 dentro da haste 18 pode eliminar a necessidade de perfurar uma segunda haste e/ou ponto de acesso a partir da superfície para o acumulador 12. Esta posição pode também deixar o duto de gás 22 geralmente exposto para inspeção e manutenção, por exemplo usando um mergulhador ou robô que possa viajar através da água 20 dentro da haste 18 e/ou por drenar parte ou toda a água a partir da haste 18. Alternativamente, como mostrado usando linhas tracejadas na Figura 1 e na modalidade da Figura 28, o duto de gás 22 pode ser externo à haste 18. Posicionar o duto de gás 22
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42/80 fora da haste 18 pode ajudar a facilitar a colocação remota do subsistema de compressor/expansor 100 (isto é, não precisa estar próximo da haste 18) e pode não exigir que o exterior do duto de gás 22 (ou o seu alojamento) seja submerso em água. Isto pode também eliminar a necessidade do duto de gás 22 passar através da partição separando o acumulador 12 da haste 18.
[00154] O duto de líquido 40 é, neste exemplo, configurado com uma extremidade inferior 64 que está submersa na camada de água 16 enquanto o sistema 10 está em uso e uma extremidade superior remota 66 que está em comunicação com o interior 54 da haste 18. Nesta configuração, o duto de líquido 40 pode facilitar a troca de líquido entre a camada de líquido 16 e a água 20 na haste 18. Como ilustrado na Figura 1, o duto de líquido 40 pode passar através da antepara 24 (como descrito aqui), ou alternativamente, como mostrado usando linhas tracejadas, pode ser configurado para fornecer comunicação entre a camada de líquido 16 e a água 20, mas não passar através da antepara 24.
[00155] Nesta disposição, como mais gás é transferido para a camada de gás 14 durante um ciclo de acumulação, e sua pressão aumenta, nesta alternativa ligeiramente, a água na camada de água 16 pode ser deslocada e forçada para cima através do duto de líquido 40 na haste 18 contra a pressão da água 20 na haste 18. Mais particularmente, a água pode de preferência fluir livremente a partir do fundo do acumulador 12 para a haste 18 e, finalmente, pode ser trocada com a fonte/coletor de água 150, através de um duto de reabastecimento 58. Alternativamente, qualquer tipo adequado de dispositivo limitador ou regulador de fluxo (tal como uma bomba, válvula, placa de orifício e semelhantes) pode ser fornecido no duto de água 40. Quando o gás é removido da camada de gás 14, a água pode ser forçada a partir da haste 18, através do duto de água 40, para reabastecer a camada de água 16. O fluxo através do duto
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43/80 de reabastecimento 58 pode ajudar a assegurar que uma quantidade desejada de água 20 possa ser mantida dentro da haste 18 quando a água for forçada para dentro e para fora da camada de água 16, pois o excesso de água 20 pode ser drenado de água de composição pode ser fornecida à haste 18. Esta disposição pode permitir que as pressões no acumulador 12 e na haste 18, pelo menos parcialmente, automaticamente reequilibrem quando o gás é forçado no acumulador 12.
[00156] De preferência, a extremidade inferior 64 do duto de líquido 40 é posicionada de modo que é e geralmente permanece submersa na camada de líquido 16, enquanto o sistema 10 está em uso, e não está em comunicação direta com a camada de gás 14. No exemplo ilustrado, a parede inferior 15 é plana e é geralmente horizontal (paralela ao plano 19, ou opcionalmente disposta para ter um grau máximo entre cerca de 0,01% a cerca de 1%, e opcionalmente entre cerca de 0,5% e cerca de 1%, a partir da horizontal), e a extremidade inferior 64 do duto de líquido 40 é posicionada perto da parede inferior 15. Se a parede inferior 15 não for plana ou não geralmente horizontal, a extremidade inferior 64 do duto de líquido 40 está preferencialmente localizada em um ponto baixo relativo do acumulador 12 para ajudar a reduzir as probabilidades da extremidade inferior 64 ficar exposta à camada de gás 14.
[00157] De modo semelhante, para ajudar a facilitar a extração de gás a partir da camada de gás, a extremidade inferior 62 do duto de gás 22 está preferencialmente localizada próxima à parede superior 13, ou em um ponto alto relativo no interior 23 do acumulador 12. Isto pode ajudar a reduzir o aprisionamento de material de qualquer gás no acumulador 12. Por exemplo, se a parede superior 13 estivesse orientada em um grau, o ponto no qual o duto de gás 22 interage com a camada de gás (isto é, sua extremidade inferior 62) deve ser em um ponto alto no acumulador 12, para ajudar a evitar o aprisionamento
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44/80 significativo de gás.
[00158] A Figura 5 é uma vista esquemática de componentes do subsistema de compressor/expansor 100 para o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido 10 aqui descrito, de acordo com uma modalidade. Neste exemplo, o subsistema de compressor/expansor 100 inclui um compressor 112 de estágios simples ou múltiplos, acionado por um motor 110 que é energizado, em uma alternativa, usando eletricidade de uma rede elétrica ou por uma fonte de energia renovável ou similar, e opcionalmente controlado utilizando um controlador 118 adequado. O compressor 112 é acionado pelo motor 110 durante um estágio de acumulação de operação, e extrai ar atmosférico A, comprime o ar, e o força para dentro do duto de gás 22 para armazenamento no acumulador 12 (através de subsistema de armazenamento térmico 120 (ver Figura 8) em modalidades incluindo os mesmos). O subsistema de compressor/expansor 100 também inclui um expansor 116 acionado por ar comprimido que sai do duto de gás 22 durante um estágio de expansão da operação e, por sua vez, aciona o gerador 114 para gerar eletricidade. Depois de acionar o expansor 116, o ar expandido é transportado para a saída para a atmosfera A. Enquanto são mostrados como aparelhos separados, o compressor 112 e o expansor 116 podem fazer parte de um aparelho comum, como pode um aparelho de motor/gerador híbrido. Opcionalmente, o motor e o gerador podem ser fornecidos em uma única máquina.
[00159] Será entendido que o ar que entra ou sai do subsistema de compressor/expansor 100 pode ser condicionado antes da sua entrada ou saída. Por exemplo, o ar saindo ou entrando no subsistema de compressor/expansor 100 pode ser aquecido e/ou arrefecido para reduzir impactos ambientais indesejáveis ou para fazer com que o ar esteja a uma temperatura adequada para uma faixa operacional eficiente de um estágio particular do compressor 112
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45/80 ou do expansor 116. O controlador 118 opera o subsistema de compressor/expansor 100 de modo a alternar entre os estágios de acumulação e expansão, conforme necessário, incluindo válvulas de operação para impedir ou permitir a liberação de ar comprimido a partir do duto de gás 22 sob demanda.
Liberação de Gás Auxiliar [00160] Opcionalmente, o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido 10 pode incluir um ou mais subsistema de liberação de gás auxiliar que é separado do duto de gás 22 para ajudar a facilitar a liberação de gás a partir da camada de gás comprimido 14. Por exemplo, se a pressão interna do acumulador 12 se aproxima e/ou ultrapassa uma pressão máxima de armazenamento desejada, ventilar pelo menos parte do gás da camada de gás comprimido 14 pode ajudar a reduzir a pressão para um intervalo desejado. Isto também pode ser usado para ajudar a impedir que a camada de gás comprimido 14 atinja um nível em que entra em comunicação fluídica com a extremidade inferior 64 do duto 40. Um tal subsistema de liberação de gás auxiliar inclui de preferência pelo menos um duto de liberação de gás auxiliar que é separado do duto de abastecimento de gás 22 e pode ser configurado para ventilar o gás para o solo, em uma haste de ventilação separada, para a haste 18 preenchida de água ou outra localização desejada. Por exemplo, o subsistema de liberação de gás pode permitir flexibilidade adicional para regular a pressão dentro do sistema 10, sendo operável para liberar gás no caso de o diferencial entre a pressão encostando contra o exterior da antepara 24 a partir de dentro da haste 18 e a pressão encostando contra o interior da antepara 24 a partir de dentro do acumulador 12 eleva-se a um nível tal que ameaça a integridade da antepara 24 ou a sua instalação no local. Por exemplo, se o líquido 20 na haste 18 for reduzido a um nível que baixe a pressão e assim reduza a magnitude da contraforça 46
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46/80 atuando na antepara 24 abaixo de um nível desejado, o subsistema de liberação de gás pode permitir a liberação da pressão dentro do acumulador 12.
[00161] Nesta modalidade, o subsistema de liberação de gás inclui um duto de liberação de gás auxiliar 45 que é espaçado do duto de abastecimento de gás 22 e uma válvula opcional 42 (ver Figuras 1-4) que está em comunicação com a camada de gás comprimido 14 e é, neste exemplo, associada à antepara 24. A válvula 42 pode ser de preferência uma válvula unidirecional ou de verificação de modo a permitir que o gás se desloque a partir da camada de gás comprimido 14 para a haste 18, mas impede ou previne o fluxo de água 20 a partir da haste 18 para o acumulador 12. A válvula 42 pode ser acionada usando qualquer mecanismo adequado, sendo configurada como uma válvula sensível à pressão que pode ser pressionada para uma configuração fechada e abrirá, de preferência automaticamente, quando a pressão na camada de gás comprimido 14 excede um limite de limiar predefinido, e/ou pode ser configurada para ser aberta e fechada remotamente (tal como através de atuação hidráulica ou elétrica remota) para permitir que o gás da camada de gás 14 escape através da antepara 24 sob demanda. Opcionalmente, a válvula 42 pode ser controlada pelo controlador 118 usando um sistema de acionamento de válvula adequado que pode incluir, por exemplo, atuadores mecânicos, atuadores eletromecânicos, atuadores de solenoide e similares. Por exemplo, se a válvula 42 é aberta para liberar gás comprimido a partir do acumulador 12, e se e como o gás comprimido é encaminhado através de outras porções do sistema 10 (tal como um subsistema de armazenamento térmico 120 (ver Figuras 8-9) durante um ciclo de acumulação ou expansão como aqui descrito).
[00162] É preferível que as dimensões da haste 18, o acumulador 12 e a integridade da antepara 24 sejam relacionadas umas às outras de uma forma que permite que camada de gás comprimido 14 no acumulador seja mantida
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47/80 dentro de uma faixa de pressão que maximiza a eficiência do equipamento utilizado no subsistema de compressor/expansor 100. Opcionalmente, o sistema 10 pode ser configurado para armazenar a camada de gás comprimido a pressões entre cerca de 2.026.500 Pa e cerca de 4.053.000 Pa (20 atm e cerca de 40 atm). Com o tempo, para uma operação eficiente contínua, esse equipamento pode exigir que seja feito um ajuste na faixa de pressão. Isto pode ser feito por ajustar a quantidade de líquido 20 na haste 18 e o nível de compressão de gás dentro do acumulador 24, por ajustar os tamanhos de duto, e semelhantes.
[00163] Opcionalmente, a antepara 24 pode incluir uma ou mais aberturas ou outras estruturas adequadas para acomodar o duto de gás 22, o duto de líquido 40, o duto de liberação de gás auxiliar 45 e outros desses dutos, de tal modo que os dutos passam através da antepara 24 a fim de entrar no interior 23 do acumulador 12. Passar os dutos e outras dessas estruturas através da antepara 24 pode eliminar a necessidade de fazer hastes/furos adicionais para alcançar o acumulador 12, e pode reduzir o número de aberturas individuais necessárias na parede superior 13. Fazendo referência às Figuras 2-4, estendendo através do corpo principal 25 está uma primeira abertura 28 para acomodar a passagem do duto de gás 22 a partir da antepara 24 na haste 18 através da camada de gás 14 no acumulador 12. O duto de gás 22 é preferivelmente vedado para/dentro da primeira abertura 28 para minimizar, e de preferência impedir, vazamentos ou outra liberação descontrolada de gás comprimido dentro do acumulador 12 para dentro da haste 18 ou água 20 dentro da haste 18 para o acumulador 12. Estendendo também através da antepara 24 está uma segunda abertura 32 para acomodar a passagem do duto de líquido 40 a partir de cima da antepara 24 na haste 18 através da camada de líquido 16 dentro do acumulador 12. O duto de líquido 40 é selado dentro da
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48/80 segunda abertura 32 de modo a minimizar, e de preferência impedir, a liberação descontrolada de gás comprimido no acumulador 12 para a haste 18 ou água 20 dentro da haste 18 para o acumulador 12 (exceto através do duto 40).
[00164] Também estendendo através da antepara 24 está, neste exemplo, uma terceira abertura 44 para acomodar a passagem do gás a partir da camada de gás comprimido 14 na direção da válvula 42 e através do duto de liberação de gás auxiliar 45 para a liberação de gás a partir da camada de gás comprimido 14 no caso em que o diferencial de pressão discutido requer redução. Será entendido que a válvula 42 não tem necessariamente de se assentar no topo da antepara 24 e pode, de fato, ser integrada dentro da terceira abertura 44 ou associada à terceira abertura 44 de alguma outra maneira. A válvula 42 também pode ser integrada na segunda abertura 32 e no duto de líquido 40, eliminando assim a necessidade da terceira abertura 44.
[00165] Nesta modalidade, é fornecida uma passagem de acesso 30 passível de ser aberta e resselável para permitir o acesso de manutenção pelo pessoal de manutenção para o interior do acumulador 12, para inspeção e limpeza. Isto seria feito fechando a válvula de controle de fluxo 59 (Figura 1) e esvaziando a haste 18 do líquido 20, e esvaziando o acumulador 12 de gás comprimido para permitir assim que a passagem 30 seja aberta e o pessoal passe para trás e para frente. Quanto à antepara 24, variações são possíveis. Por exemplo, em uma modalidade alternativa, a antepara 24 pode ter apenas a primeira e segunda aberturas 28, 32, mas não a passagem 30. Em uma modalidade alternativa, a antepara 24 pode incluir uma passagem 30, mas não precisa conter primeira e segunda aberturas 28, 32 e os dutos 22 e 40 não passam através das anteparas 24. Em ainda outra modalidade alternativa, a antepara 24 contém nenhuma passagem de pessoal e não há aberturas, de tal modo que a comunicação fluídica com o acumulador 12 não passa através da
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49/80 antepara 24. Opcionalmente, uma passagem de pessoal ou semelhantes podem também ser fornecidos em outros tipos de partições, incluindo, por exemplo, a projeção 200A, como mostrado na modalidade da Figura 28.
[00166] Opcionalmente, um duto ou outro tipo de estrutura guia pode ser fornecido para ajudar a canalizar o gás que é ventilado a partir do acumulador 12 através do duto de liberação de gás auxiliar 45, e opcionalmente através da válvula de liberação de gás 42. Por exemplo, em algumas circunstâncias, pode ser desejável dirigir o gás saindo por um caminho particular através da haste 18, em vez de simplesmente liberar o gás livremente na coluna de água 20. A Figura 6 é uma vista seccional de componentes de uma modalidade alternativa de um sistema de armazenamento de energia de gás 10A, que é análogo ao sistema de armazenamento de energia de gás comprimido 10 como descrito acima, e recursos semelhantes são identificados usando caracteres de referência semelhantes. No entanto, neste exemplo, o subsistema de liberação de gás inclui ainda um duto guia 53 estendendo a partir de uma extremidade de entrada 68 adjacente à saída do duto de liberação de gás auxiliar 45 (neste exemplo, a saída da válvula de liberação de gás 42) para cima para uma extremidade de saída superior 70 que pode ser fornecida para a extremidade superior da haste 18, e pode opcionalmente projetar acima da superfície livre da água 20 retida na haste 20.
[00167] O duto guia 53 tem uma largura 72 (que pode também ser chamada de diâmetro se o duto guia 53 for um tubo cilíndrico), e uma área de seção transversal relacionada (tomada em um plano paralelo ao plano 19) pode ser configurada de modo que fique entre cerca de 0,5% e cerca de 5% da área de seção transversal da haste 18. Como mostrado também na Figura 7A, a extremidade inferior 68 do duto guia 53 pode ser posicionada próxima a e, de preferência, sobrejacente substancialmente toda a saída do duto de liberação
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50/80 de gás auxiliar 45, de tal modo que o gás saindo da válvula 42 tende a entrar na extremidade inferior 68 do duto guia 53 e é então restringido dentro do duto guia 53 à medida que continua a deslocar-se para cima através da haste 18 e até atingir a extremidade de saída 70.
[00168] Como o gás saindo do acumulador 12 através do duto de liberação de gás auxiliar 45 pode tender a estar a uma pressão relativamente alta (e pode tender a ser liberado geralmente em situações do tipo sobrepressurização), as bolhas de gás dentro da água 20 podem tender a expandir-se à medida que se movem para cima através da haste 18. Sob certas circunstâncias, a expansão das bolhas de gás pode tender a deslocar a água 20 a partir de dentro da haste 18 (por exemplo, forçando a água através do duto 20 e para a fonte/coletor de líquido 150). Isto pode ter o efeito de reduzir a massa de água que está repousada na antepara 24 (isto é, pode reduzir a densidade média do interior 54 da haste 18), o que pode reduzir a pressão hidrostática que está atuando na superfície superior 31, e por sua vez reduz a magnitude da contraforça 46. Se o gás está sendo ventilado através da válvula de liberação de gás 42 porque a pressão interna do acumulador é muito alta e, portanto, a magnitude da força de acumulador interna 41 é muito alta, esta redução na magnitude da contraforça 46 pode aumentar ainda mais o desequilíbrio de força na antepara 24 e pode tender a exacerbar o estado de sobrecarga da antepara 24.
[00169] Como ilustrado, o duto guia 53, ou estrutura semelhante para ajudar a restringir a expansão das bolhas de gás, pode funcionar como uma estrutura/limite de prevenção de alteração de densidade; que pode receber o gás comprimido que é liberado a partir do acumulador 12 através do duto de liberação de gás auxiliar 45 e transportá-lo para cima e para fora da haste 18, restringindo a sua expansão máxima ao volume interno do duto guia 53. Isto
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51/80 pode ajudar a limitar a quantidade de água deslocada pelas bolhas de gás em expansão e subindo, e pode ajudar a reduzir a diminuição da contraforça 46 durante um evento de liberação/ventilação de gás. Ou seja, o duto guia 53 também serve para conter fisicamente as bolhas de gás à medida que saem da válvula de liberação de gás 42 para evitar que as bolhas de gás subam através da água 20 para deixar o sistema 10A (ou 10J), de deslocar muita água 20 além da quantidade de água 20 que estava contida no duto guia 53. Este recurso adicional pode ajudar a salvaguardar ainda mais a quantidade de água 20 na haste 18, salvaguardando assim a quantidade de pressão descendente sendo colocada na antepara 24. Deveria ser entendido que isto pode ajudar a facilitar a liberação mais rápida de ar comprimido através do duto de liberação de gás auxiliar 45, caso seja necessário, do que seria aconselhável utilizando versões do sistema 10 que não incluam um duto guia 53. Por exemplo, na ausência do duto guia 53, o gás liberado da válvula de liberação de gás 42 ou do duto de liberação de gás auxiliar 45 pode subir e espalhar-se livremente através da haste 18. Como tal, bolhas de gás que se propagam livremente aumentam de volume mediante subida (descomprimem), elas deslocariam a água 20 da haste 18 reduzindo assim a quantidade de pressão descendente pela água 20 sobre a antepara 24. O duto guia 53 controla esta liberação de bolhas de gás, forçando-as a expandir para cima através do duto guia 53 em vez de para o exterior no resto da haste 18, preservando assim a maior parte do volume de água 20 na haste 18. O duto guia 53 que controla a liberação de bolhas de gás pode ajudar a evitar falhas catastróficas devido a mudanças de densidade fazendo a antepara 24 liberar, dobrar ou de outro modo falhar devido a um desequilíbrio de força resultante relativamente súbito.
[00170] Preferencialmente, o interior do duto guia 53 está em comunicação fluídica com o interior 54 da haste 18, tal como tendo a
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52/80 extremidade inferior 68 pelo menos parcialmente aberta, de modo que o interior do duto guia 53 pode ser geralmente preenchido com água 20 quando o sistema está em uso normal (isto é, quando o duto guia 53 não é preenchido com gás ventilado), enquanto ainda está sendo configurado para receber o gás ventilado. Desta maneira, o duto guia 53 desloca menos água 20 da haste 18 do que se o duto guia 53 estivesse selado para a antepara 24 e contivesse apenas ar/gás. Com o seu interior preenchido de água, o duto guia 53 pode, em alguns exemplos, apenas deslocar uma quantidade de água que é aproximadamente igual ao volume das paredes laterais do duto guia 53.
[00171] Enquanto mostrado geralmente como duto reto, vertical para facilitar a ilustração, o duto guia 53 pode ter outras configurações, e não precisa ser vertical e/ou linear. Opcionalmente, em alguns exemplos, a extremidade superior 70 do duto guia 53 não precisa ser posicionada acima da superfície da água 20 na haste 18, mas pode ser submersa nela. Em tais disposições, os efeitos limitadores de expansão do duto guia 53 podem ser de algum modo reduzidos (isto é, mais água pode basicamente ser deslocada do que se a extremidade superior 70 estivesse acima da água), mas outros fatores como pressões esperadas, taxas de liberação de gás através da válvula 42 e semelhantes podem ser ajustados para compensar tais diferenças para ajudar a garantir que a água total deslocada da haste 18 durante uma situação de ventilação de sobrepressão esteja dentro de uma faixa aceitável. De preferência, a extremidade superior 70 pode estar na metade superior da haste 18 (isto é, acima do seu ponto médio), e mais preferencialmente a extremidade superior 70 pode estar nos 25% superiores da haste 18 e mais preferencialmente pode estar geralmente próxima, se não acima, da superfície da água 20.
[00172] A Figura 6B é uma vista seccional de componentes de uma modalidade alternativa de um sistema de armazenamento de energia de gás
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53/80 comprimido 10J, que é análogo ao sistema de armazenamento de energia de gás comprimido 10 como descrito acima, e recursos semelhantes são identificados usando caracteres de referência semelhantes. O subsistema de liberação de gás nesta modalidade é configurado de tal modo que o duto de liberação de gás auxiliar 45 é substancialmente coincidente com o duto de abastecimento de líquido 40 e também inclui um duto guia 53 que estende desde uma extremidade de entrada inferior 68 até uma extremidade de saída superior 70. Nesta modalidade, o subsistema de liberação de gás não precisa incluir uma válvula 42 como mostrado na modalidade das Figuras 6A e 7A. Em vez disso, a sobrepressão no acumulador 12 pode ser aliviada permitindo que pelo menos algum gás saia do acumulador 12 via o duto de abastecimento de líquido 40.
[00173] Quando o sistema 10J está operando sob condições de operação normais, a extremidade inferior 64 do duto de abastecimento de líquido 40 é submersa na camada de líquido 16, que isola o duto de abastecimento de líquido 40 a partir da camada de gás 14. Se a pressão dentro do o acumulador 12 aumenta além do limiar de operação desejado, a água pode ser forçada a partir do acumulador 12 para a haste 18 através do duto de abastecimento de líquido 40. À medida que a água sai do acumulador 12, a altura da camada de líquido 16 pode cair para um nível em que a extremidade inferior 64 do duto de abastecimento de líquido 40 é pelo menos parcialmente exposta. Isto pode permitir que parte do gás da camada de gás comprimido 14 flua para dentro do duto de abastecimento de líquido 40 e escape do acumulador 12, reduzindo assim a pressão dentro do acumulador 12. Nesta disposição, o duto de abastecimento de líquido 40 também funciona como duto de liberação de gás auxiliar 45. O gás que flui através do duto de abastecimento de líquido 40/duto de liberação de gás auxiliar 45 pode então escapar para o interior da haste 18 e formar bolhas de gás expansíveis como aqui descrito. Nesta modalidade, o
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54/80 subsistema de liberação de gás é configurado de modo que a extremidade inferior 68 do duto guia 53 esteja posicionada para capturar pelo menos parte do gás saindo do duto de abastecimento de líquido 40/duto de liberação de gás auxiliar 45, e para conter o gás como descrito em relação à modalidade das Figuras 6A e 7A. Esta modalidade pode eliminar a necessidade de incorporar uma válvula separada 42 e atuadores associados, etc., o que pode ajudar a simplificar o sistema 10J (por exemplo, em comparação com o sistema 10A) e pode ajudar a reduzir o número de aberturas a fornecer a antepara 24.
[00174] Como a pressão dentro do acumulador 12 cai como resultado do gás escapando, líquido pode fluir para dentro do acumulador através do duto de abastecimento de líquido 40 e o nível do líquido na camada de líquido 16 pode subir para cobrir a extremidade inferior 64 do duto de abastecimento de líquido 40. Isto pode isolar novamente a camada de gás comprimido 14 a partir do duto de abastecimento de líquido 40, e pode parar a liberação de gás através do duto de abastecimento de líquido 40.
[00175] Opcionalmente, um sistema de liberação de gás e duto-guia 53 configurado adequadamente também podem ser usados com a antepara orientada verticalmente 24 da modalidade da Figura 27 e/ou com outras modalidades de partições, como a projeção mostrada na modalidade da Figura. 28.
Subsistema de Armazenamento Térmico [00176] Opcionalmente, algumas modalidades do sistema de armazenamento de energia de gás comprimido podem incluir um subsistema de armazenamento térmico que pode ser usado para absorver calor a partir do gás comprimido que está sendo direcionado para o acumulador 12 (ou seja, a jusante a partir do compressor 112), sequestrar pelo menos uma porção da energia térmica durante um período de tempo, e depois, opcionalmente, liberar
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55/80 o calor de volta para o gás que está sendo extraído/liberado a partir do acumulador 12 (ou seja, a montante a partir do expansor 116). Em tais exemplos, o gás pode sair do subsistema de compressor/expansor 100, depois de ser comprimido, a uma temperatura de saída entre cerca de 180 ° C e cerca de 300 ° C e pode ser arrefecido pelo subsistema de armazenamento térmico até uma temperatura de armazenamento inferior que é menor que a temperatura de saída, e pode estar entre cerca de 30 ° C e cerca de 60 ° C em alguns exemplos.
[00177] A Figura 8 é uma vista seccional de componentes de um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido 10B, de acordo com uma modalidade alternativa. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido 10B é semelhante aos sistemas de armazenamento de energia de gás comprimido 10 e/ou 10A, com a adição de um subsistema de armazenamento térmico 120 fornecido no percurso de fluxo de gás entre o subsistema de compressor/expansor 100 e o acumulador 12. Neste exemplo, o duto de gás 22 que transporta o gás comprimido entre a camada de gás comprimido 14 e o subsistema de compressor/expansor 100 inclui uma porção superior 22A estendendo entre o subsistema de compressor/expansor 100 e o subsistema de armazenamento térmico 120, e uma porção inferior 22B estende entre o subsistema de armazenamento térmico 120 e o acumulador 12.
[00178] O subsistema de armazenamento térmico 120 pode incluir qualquer tipo adequado de aparelho de armazenamento térmico, incluindo, por exemplo, aparelhos de armazenamento latentes e/ou sensíveis. O(s) aparelho(s) de armazenamento térmico pode(m) ser configurado(s) como aparelho(s) de armazenamento de estágio único, dois estágios e/ou múltiplos estágios. O subsistema de armazenamento térmico 120, ou partes dele, pode estar localizado em qualquer local adequado, incluindo acima do solo, abaixo do solo, dentro da haste 18, dentro do acumulador 12 e semelhantes. Na modalidade
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56/80 ilustrada, o subsistema de armazenamento térmico 120 está localizado no subsolo, o que pode ajudar a reduzir o uso de terrenos acima do solo e emprega múltiplos estágios incluindo, por exemplo, múltiplos estágios de armazenamento térmico sensíveis e/ou latentes, tais como estágios tendo um ou mais materiais de mudança de fase e/ou água pressurizada ou outro fluido de transferência de calor disposto em cascata. Será notado que, se operar o sistema para ciclos parciais de armazenamento/recuperação, os tamanhos dos estágios podem ser dimensionados de acordo com os ciclos de tempo dos materiais de mudança de fase, de modo que as mudanças de fase, que levam tempo, ocorram efetivamente dentro dos ciclos de tempo necessários.
[00179] Em geral, como o gás é comprimido pelo subsistema de compressor/expansor 100 durante um ciclo de acumulação e é transportado para armazenamento em direção ao acumulador 12, o calor do gás comprimido pode ser extraído do gás comprimido para o subsistema de armazenamento térmico 120 para armazenamento de calor sensível e/ou latente. Deste modo, pelo menos uma porção da energia térmica é poupada para uso futuro em vez de, por exemplo, ser lixiviada do gás comprimido para a água 20 ou na camada de líquido 16 e consequentemente substancialmente perdida (isto é, não recuperável pelo sistema 10).
[00180] Similarmente, durante um ciclo de expansão à medida que o gás é liberado do acumulador 12 para o subsistema de compressor/expansor 100, pode opcionalmente ser passado através do subsistema de armazenamento térmico 120 para reabsorver pelo menos alguma energia térmica armazenada no seu caminho para o estágio de expansor do subsistema de compressor/expansor 100. Vantajosamente, o gás comprimido, aquecido de forma adequada, pode atingir o subsistema de compressor/expansor 100 a uma temperatura desejada (uma temperatura de expansão - que é preferivelmente
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57/80 mais quente/mais alta que a temperatura de armazenamento, e pode estar dentro de aproximadamente 10 ° C e aproximadamente 60 ° C da temperatura de saída em alguns exemplos, isso pode ajudar a permitir que o expansor opere dentro de sua(s) faixa(s) de temperatura operacional relativamente eficiente, em vez de ter que operar fora da faixa com gás comprimido mais frio.
[00181] Em algumas modalidades, o subsistema de armazenamento térmico 120 pode empregar pelo menos um material de mudança de fase, de preferência múltiplos materiais de mudança de fase, múltiplos estágios e materiais que podem ser selecionados de acordo com a classificação de temperatura permitindo a captura do calor latente. Geralmente, o calor do material de mudança de fase pode ser útil para armazenar calor de aproximadamente 150 graus Celsius e superior. O material é fixado no local e o ar comprimido a ser armazenado ou expandido flui através do material. Em modalidades utilizando múltiplos materiais de mudança de fase em cascata, cada material de mudança de fase diferente representa um estágio de armazenamento, de tal modo que um primeiro tipo de material de mudança de fase pode mudar de fase armazenando assim o calor entre 200 e 250 graus Celsius, um segundo tipo de material de mudança de fase pode mudar de fase armazenando assim o calor entre 175 e 200 graus Celsius, e um terceiro tipo de material de mudança de fase pode mudar de fase armazenando assim o calor entre 150 e 175 graus Celsius. Um exemplo de um material de mudança de fase que pode ser usado com algumas modalidades do sistema inclui uma mistura eutética de nitrato de sódio e nitrato de potássio, ou o sal de transferência de calor HITEC® fabricado pela Coastal Chemical Co. de Houston, Texas.
[00182] Em modalidades do subsistema de armazenamento térmico 120 empregando armazenamento de calor sensível, água pressurizada, ou qualquer outro fluido e/ou refrigerante adequado, pode ser empregado como o
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58/80 meio de armazenamento de calor sensível. Essa água é pressurizada e mantida a uma pressão de operação que é suficiente para geralmente manter a água em sua fase líquida durante o processo de absorção de calor. Opcionalmente, a água pressurizada pode ser passada através de um trocador de calor ou série de trocadores de calor para capturar e retornar o calor para e a partir da corrente de gás saindo do acumulador, através do duto 22. Geralmente, o armazenamento de calor sensível pode ser útil para armazenar calor de temperaturas de 100 graus Celsius e superior.
[00183] Em algumas modalidades, um subsistema de armazenamento térmico 120 pode combinar os estágios de armazenamento de calor latente e sensível, e pode usar materiais de mudança de fase com múltiplos estágios ou um único estágio. De preferência, particularmente para materiais de mudança de fase, o número de estágios através dos quais o ar é conduzido durante a compressão e expansão pode ser regulável pelo controlador 118. Isto pode ajudar o sistema 10 a adaptar o seu programa de armazenamento e liberação térmica para corresponder às condições de funcionamento desejadas e/ou necessárias.
[00184] Opcionalmente, pelo menos parte do duto de gás 22 pode ser externo à haste 18 de modo que não fique submerso na água 20 que é mantida na haste 18. Isto pode ajudar a isolar essas porções do duto de gás 22, e pode ajudar a reduzir a transferência de calor entre o gás dentro do duto 22 e a água 20. Isto pode ser particularmente útil para porções do duto de gás 22 que se estendem entre o subsistema de compressor/expansor 100 e o subsistema de armazenamento térmico 120, como pode ser geralmente desejável em algumas modalidades para transferir tanto calor em excesso do gás para o subsistema de armazenamento térmico 120, e reduzir a probabilidade de calor ser transferido/perdido na água 20. Considerações similares podem ser aplicadas
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59/80 durante o estágio de expansão, como pode ser desejável para o gás aquecido para se deslocar a partir do subsistema de armazenamento térmico 120 para o subsistema de compressor/expansor 100 a uma temperatura desejada, e enquanto reduz o calor perdido em trânsito.
[00185] A Figura 9 é uma representação esquemática de um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido 10C, de acordo com uma modalidade alternativa. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido 10C é semelhante aos outros sistemas de armazenamento de energia de gás comprimido aqui descritos, mas é configurado de modo que a porção superior 22A do duto de gás 22 que transporta gás comprimido entre o subsistema de armazenamento térmico 120 e o subsistema de compressor/expansor 100 estenda através do solo 200, e não através da haste 18 e da água 20. Variações adicionais são possíveis.
[00186] Além disso, enquanto nas modalidades ilustradas o subsistema de armazenamento térmico 120 recebe gás comprimido, ou fornece gás comprimido para o subsistema de compressor/expansor 100, são possíveis alternativas em que o armazenamento térmico é mais fortemente integrado com múltiplos estágios do compressor 112 e múltiplos estágios do expansor 116, de modo a armazenar energia térmica entre os estágios. Isto pode ser feito para permitir que as peças de equipamentos nos estágios a jusante do compressor 112 e do expansor 116 recebam e manipulem gás comprimido a uma temperatura que esteja dentro das suas faixas de funcionamento mais eficientes. Por exemplo, os componentes do subsistema de armazenamento térmico 120 podem ser posicionados da mesma maneira ou análoga e, opcionalmente, em combinação com os trocadores de calor 500a, 500b, 500c, etc. mostrados nas modalidades das Figuras 11A-15 e como aqui descrito. Isso pode ajudar a facilitar a transferência de calor e/ou armazenamento em dois ou
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60/80 mais estágios no processo, o que pode ajudar a melhorar a eficiência do sistema.
[00187] Com referência à Figura 16, outro exemplo de um subsistema de armazenamento térmico 120 é imerso no líquido 20 dentro da haste 18 e transporta ar de e para o subsistema de compressor/expansor 100 para armazenar e liberar calor de e para o ar transportado. Nesta disposição, o subsistema de armazenamento térmico 120 troca calor entre o material de armazenamento térmico dentro do subsistema de armazenamento térmico 120 e o ar sendo transportado através dele, para abastecer o ar permutado de calor A' para a camada de gás 14 no acumulador 12. Nessa modalidade, o subsistema de armazenamento térmico 120 tem um único estágio (para uso com o subsistema de compressor/expansor de estágio único 100), mas inclui uma combinação de múltiplas seções de material latente (L) e sensível (S).
[00188] Nesta modalidade, cada uma das seções de material latente contém uma quantidade respectiva de material de mudança de fase (PCM) e a seção de material sensível contém uma quantidade respectiva de água ou outro material líquido, massa térmica sólida ou qualquer outro material que é adequado para absorver o calor. A quantidade e tipo de material é de preferência estabelecido/selecionado para uma dada modalidade com base nas durações das fases de armazenamento e liberação do sistema de armazenamento de energia de ar comprimido específico. Isso pode ajudar a garantir que o tempo que leva para que o PCM mude de fase ou que o líquido aqueça ou resfrie enquanto armazena ou libera calor é geralmente ajustado ao tempo da fase. Isso pode ajudar a facilitar o uso relativamente eficiente do próprio material para a função de armazenamento e liberação de calor, em comparação com o uso de um material de PCM que seja muito lento ou rápido demais para responder.
[00189] Referindo-se também à Figura 17, opcionalmente, um
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61/80 revestimento isolante 125 (mostrado em linhas pontilhadas para não ocluir partes do subsistema de armazenamento térmico 120) pode ser envolvido em torno de uma porção superior do subsistema de armazenamento térmico 120 para fornecer algum isolamento térmico entre o líquido 20 na haste 18 e o subsistema de armazenamento térmico 120 para, desse modo, promover uma estratificação de calor rápida, o que pode ajudar a aumentar o desempenho de um sistema de armazenamento de calor de PCM. Como descrito acima, o ar A a partir do subsistema de compressor/expansor de entrada ambiente 100 pode ser condicionado para se tornar ar A' (ver Figura 11A e 11B) antes da sua entrada no compressor 112 passando o ar através do subsistema de armazenamento térmico 120 para fazer o ar A' estar a uma temperatura adequada para uma faixa operacional eficiente de um estágio particular do compressor 112.
[00190] Opcionalmente, o controlador 118 também pode ser configurado para alterar a condição do subsistema de armazenamento térmico 120 de modo a mudar a natureza do calor sendo trocado entre o ar que chega através do subsistema de armazenamento térmico 120 para o compressor 112 e o material de armazenamento térmico no subsistema de armazenamento térmico 120, ou para mudar o encaminhamento de ar para o compressor 112, de modo que não esteja passando pelo subsistema de armazenamento térmico 120.
[00191] A Figura 18 é uma vista esquemática de componentes de um subsistema de compressor/expansor alternativo 100 para um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido 10, com múltiplos estágios de compressão e cada associado a um respectivo estágio de um subsistema de armazenamento térmico 120. Em particular, durante uma fase de compressão (armazenamento), o ar de entrada a partir do ambiente A é transportado primeiro, opcionalmente através de um trocador de calor para modificar a
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62/80 temperatura do ar de entrada, no compressor 112a acionado pelo motor 110a para um primeiro estágio de compressão. Após o primeiro estágio de compressão, o ar A é então transportado através de um primeiro estágio 120a de um subsistema de armazenamento térmico 120 para armazenar calor removido do ar A, sendo assim condicionado ao ar A' que é então transportado para o compressor 112b acionado pelo motor 110b para um segundo estágio de compressão. Após o segundo estágio de compressão, o ar A' é então transportado através de quaisquer estágios adicionais do subsistema de armazenamento térmico 120, como o segundo estágio 120b do subsistema de armazenamento térmico 120, para armazenar calor nos respectivos estágios a serem condicionados para ar A. O último estágio do subsistema de armazenamento térmico 120 é representado neste exemplo como estágio 120x, que armazena o calor a partir do ar comprimido, comprimido pelo compressor 112x acionado pelo motor HOx, sendo assim condicionado para ser ar A'. Seguindo esse x-ésimo estágio de compressão e armazenamento térmico, o ar A' é transportado para o acumulador 12 como foi descrito acima em relação a outras modalidades. O calor armazenado nos estágios do subsistema de armazenamento térmico 120 durante uma fase de armazenamento pode ser armazenado inteiramente para reincorporar ao ar sendo liberado durante uma fase de liberação como será descrito, mas pode em alguma capacidade ou quantidade ser empregado para algumas outras finalidades do sistema de armazenamento de energia de gás comprimido, como para ajudar a regular a temperatura de outro subsistema. Deve ser notado que, embora três estágios de compressão com os respectivos estágios de armazenamento térmico sejam mostrados na Figura 6, um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de acordo com esta modalidade da invenção pode ter apenas dois, ou mais de três estágios de compressão com respectivos estágios de
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63/80 armazenamento térmico. Além disso, em modalidades alternativas, um determinado estágio de compressão não é necessariamente sempre seguido de um estágio de armazenamento térmico. Além disso, em modalidades alternativas, ar de entrada que ainda não foi comprimido no sistema de armazenamento de energia de gás comprimido pode primeiro passar por um subsistema de armazenamento térmico ou estágio do mesmo para reduzir seu conteúdo de calor antes de entrar em um compressor, em vez de um trocador de calor que pode dissipar o calor a partir do sistema.
[00192] A Figura 19 é uma vista esquemática de componentes de um subsistema de compressor/expansor alternativo para um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido, com múltiplos estágios de expansão cada um associado a um respectivo estágio de um subsistema de armazenamento térmico 120. Em particular, durante uma fase de expansão (liberação, ar comprimido A liberado do acumulador 12 é primeiramente transportado através de um primeiro estágio 120a de um subsistema de armazenamento térmico 120 para incorporar calor a partir do estágio 120a para o ar sendo transportado assim para ser condicionado como ar A'. O ar A' é apresentado a um primeiro expansor 116a que aciona um gerador 114a para um primeiro estágio de expansão. Após o primeiro estágio de expansão, o ar A' é então transportado através de um segundo estágio 120b do subsistema de armazenamento térmico 120 para incorporar calor armazenado no ar que está sendo transportado assim para ser condicionado para ser ar A, que é então transportado para o expansor 116b acionando gerador 114b para um segundo estágio de expansão. Seguindo o segundo estágio de compressão, o ar A é então transportado através de quaisquer estágios adicionais do subsistema de armazenamento térmico 120. Um último estágio do subsistema de armazenamento térmico 120 é representado neste exemplo como estágio 120x
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64/80 que armazena calor e libera o calor armazenado para ar comprimido a ser transportado através do estágio 120x, assim, a ser condicionado para ser ar A'. Após este x-ésimo estágio de expansão e liberação de calor a partir do armazenamento térmico, o ar A' é transportado para a atmosfera ambiente A como foi descrito acima em relação a outras modalidades. O calor armazenado nos estágios do subsistema de armazenamento térmico 120 pode ter sido armazenado a partir de ar de entrada sendo comprimido durante uma fase de armazenamento do sistema de armazenamento de energia de gás comprimido, mas alternativamente ou em alguma combinação pode ter sido armazenado durante a operação de outro aspecto ou subsistema do sistema de armazenamento de energia de gás comprimido, tal como durante a regulação de temperatura de outro subsistema. Deve ser notado que, enquanto três estágios de expansão com os respectivos estágios de armazenamento térmico são mostrados na Figura 19, um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de acordo com esta modalidade da invenção pode ter apenas dois ou mais de três estágios de expansão com relação a estágios de armazenamento térmico. Além disso, em modalidades alternativas, um dado estágio de expansão não é necessariamente sempre precedido na cadeia de processamento por um estágio de liberação de calor a partir de armazenamento térmico. Além disso, em modalidades alternativas, o ar a ser expandido (descomprimido) pode passar através do trocador de calor como aqui descrito, para recolher calor em vez de através de um subsistema de armazenamento térmico ou estágio deste para aumentar o seu conteúdo de calor antes de entrar em um expansor.
[00193] A Figura 20 é uma vista esquemática de componentes de um subsistema de compressor/expansor alternativo para um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido, com pares de estágios de compressão e expansão cada um associado a um respectivo estágio do
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65/80 subsistema de armazenamento térmico 120. Nesta modalidade, uma dada fase do subsistema de armazenamento térmico 120 é utilizada durante ambos os estágios de compressão e expansão, por encaminhar ar para o acumulador 12 através do subsistema de armazenamento térmico 120 para remover o calor a partir do ar ou antes de um estágio subsequente de compressão ou antes de armazenamento, e encaminhamento de ar sendo transportado para fora do acumulador 12 através do subsistema de armazenamento térmico 120 para adicionar calor ao ar ou após liberação a partir do acumulador ou após um estágio de expansão. Em um sentido, portanto, pares de estágios de compressão e expansão compartilham um estágio 120a, 120b, 120x do subsistema de armazenamento térmico 120 e o fluxo de ar é controlado usando as válvulas V, como mostrado na Figura. Esta modalidade é apropriada quando o mesmo calor armazenado a partir do ar comprimido sendo transportado em direção ao acumulador 12 durante uma fase de armazenamento deve ser liberado no ar sendo liberado a partir do acumulador 12 durante uma fase de liberação.
[00194] A Figura 21 é uma vista esquemática de componentes do subsistema de compressor/expansor alternativo da Figura 20, mostrando o fluxo de ar durante uma fase de expansão (liberação) a partir do armazenamento através de múltiplos estágios de expansão e múltiplos estágios respectivos do subsistema de armazenamento térmico 120. Nessa fase, através do controle das válvulas V, o fluxo de ar é direcionado através de múltiplos estágios de expansão de maneira similar àquela mostrada na Figura 19. As linhas tracejadas mostram múltiplos estágios de compressão cujo fluxo de ar é evitado durante um estágio de expansão pelo controle das válvulas V.
[00195] A Figura 22 é uma vista esquemática de componentes do subsistema de compressor/expansor alternativo da Figura 20, mostrando o fluxo de ar durante uma fase de compressão (armazenamento) a partir do ambiente
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A através de múltiplos estágios de compressor e múltiplos estágios respectivos do subsistema de armazenamento térmico 120. Nesta fase, através do controle das válvulas V, o fluxo de ar é direcionado através de múltiplos estágios de compressão de maneira similar àquela mostrada na Figura 18. As linhas tracejadas mostram múltiplos estágios de expansão cujo fluxo de ar é evitado durante a fase de compressão pelo controle de válvulas V.
[00196] A Figura 23 é uma vista seccional de componentes de um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido 10D alternativo, de acordo com uma modalidade. Nesta modalidade, o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido 10D é semelhante às outras modalidades dos sistemas de armazenamento de energia de gás comprimido aqui descritos. Contudo, nesta modalidade, o subsistema de armazenamento térmico 120 está localizado dentro do acumulador 12 e é imerso dentro do gás comprimido na camada de gás comprimido 14. O subsistema de armazenamento térmico 120 pode ser posicionado dentro do acumulador 12 durante a construção através da abertura 27 que é depois disso bloqueado com antepara 24 antes de preencher a haste 18 com líquido 20. O subsistema de armazenamento térmico 120 pode assim ser concebido para permitir que a construção, isolamento, etc. sejam completados antes da colocação dentro do acumulador 12 e/ou sejam construídos em componentes facilmente montados no acumulador 12. Isto permite que as unidades sejam altamente isoladas e de qualidade controlada em sua construção, o que permite que o subsistema de armazenamento térmico 120 seja geralmente independente do acumulador 12, com exceção do suporte de ancoragem (não mostrado).
[00197] Opcionalmente, uma válvula reguladora 130 associada com o interior do subsistema de armazenamento térmico 120 pode ser fornecida e configurada para abrir se a pressão dentro do subsistema de armazenamento
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67/80 térmico 120 se tornar maior do que a pressão diferencial projetada entre seu interior e a pressão da camada de gás comprimido 14 no acumulador circundante 12. A pressão no interior do subsistema de armazenamento térmico 120 pode ser mantida a um nível particular para a operação preferida do material latente ou sensível. Por exemplo, a água aquecida como material sensível pode ser mantida a uma pressão particular. A válvula reguladora 130 pode abrir para permitir que o gás pressurizado no interior escape para o acumulador 12 e pode fechar uma vez que o diferencial de pressão é baixado o suficiente para atingir um nível designado. Em uma modalidade alternativa, tal válvula de regulação pode fornecer comunicação fluídica entre o interior do subsistema de armazenamento térmico 120 e o ambiente A na superfície, permitindo assim que o gás escape para o ambiente em vez de para o acumulador 12. Enquanto o subsistema de armazenamento térmico 120 é mostrado inteiramente imerso na camada de gás comprimido 14, subsistemas de armazenamento térmico alternativos 120 podem ser configurados para serem imersos parcial ou totalmente dentro da camada de líquido 16.
[00198] A Figura 24 é uma vista seccional de componentes de um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido 10E alternativo, de acordo com outra modalidade alternativa. Nesta modalidade, o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido 10E é semelhante aos sistemas de armazenamento de energia de gás comprimido acima descritos. Contudo, o subsistema de armazenamento térmico 120 está localizado dentro de uma câmara isobárica pressurizada 140 dentro do solo 200 que pode ser mantida à mesma pressão que o acumulador 12, ou uma pressão que é substancialmente semelhante à pressão do acumulador ou opcionalmente a uma pressão que é menor que ou maior que a pressão de acumulador. Opcionalmente, o subsistema de armazenamento térmico 120 pode ser posicionado dentro da
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68/80 câmara pressurizada 140 durante a construção através de uma abertura que é depois bloqueada de modo que a câmara 140 possa ser pressurizada para uma pressão de trabalho que é, preferencialmente, maior que a pressão atmosférica. O subsistema de armazenamento térmico 120 pode assim ser concebido para permitir que a construção, isolamento, etc. sejam concluídos antes da colocação no interior da câmara 140 e/ou sejam construídos em componentes facilmente montados no interior da câmara 140. Isto permite que as unidades sejam altamente isoladas e de qualidade controlada em sua construção, o que permite que o subsistema de armazenamento térmico 120 seja geralmente independente da câmara 140, com a exceção do suporte de ancoragem (não mostrado). Uma válvula de regulação 130 associada ao interior do subsistema de armazenamento térmico 120 é fornecida e configurada para abrir, caso a pressão dentro do subsistema de armazenamento térmico 120 se torne maior do que o diferencial de pressão projetado entre o interior e a câmara pressurizada circundante 140. Pode ser necessário que a pressão dentro do subsistema de armazenamento térmico 120 seja mantida a um nível particular para operação ótima do material latente ou sensível. Por exemplo, pode ser necessário que a água aquecida como material sensível seja mantida a uma pressão particular. A válvula de regulação 130 abre para permitir que o gás pressurizado no interior escape para a câmara pressurizada 140 e fechará quando o diferencial de pressão for baixado o suficiente para atingir um nível designado. Em uma modalidade alternativa, uma tal válvula de regulação 130 pode fornecer comunicação fluídica entre o interior do subsistema de armazenamento térmico 120 e o ambiente A na superfície, permitindo assim que o gás escape para o ambiente em vez de para a câmara pressurizada 140.
[00199] A localização do subsistema de armazenamento térmico 120 acima do acumulador 12 e, portanto, fisicamente mais perto do subsistema de
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69/80 compressão/expansão 100, pode ajudar a reduzir o comprimento da tubulação necessária, o que pode ajudar a reduzir os custos de tubulação, instalação e manutenção, bem como requisitos de potência de transferência de fluido reduzidos.
[00200] Enquanto a modalidade do sistema de armazenamento de energia de gás comprimido 10E inclui uma câmara de pressão isobárica 140, são possíveis alternativas em que a câmara 140 não é estritamente isobárica. Além disso, em modalidades alternativas, a câmara pressurizada 140 pode estar em comunicação fluídica com a camada de gás 14 e, assim, pode servir como uma área de armazenamento para compressão de gás comprimido pelo subsistema de compressor/expansor 100 juntamente com o acumulador 12. Desta forma, a pressão do gás no qual o subsistema de armazenamento térmico 120 está imerso pode ser mantida através das mesmas expansões e compressões de gás sendo transportado para e do acumulador 12.
[00201] Além disso, enquanto nas modalidades descritas acima subsistema de armazenamento térmico 120 é enterrado abaixo do solo, será entendido que tal subsistema de armazenamento térmico 120 pode ser acima do solo em tanques e/ou pode ser abaixo do solo em uma caverna que é conectada à haste 18, mas é separada após a construção.
Trocadores de calor [00202] Opcionalmente, os sistemas de armazenamento de gás comprimido 10 aqui descritos podem ser fornecidos com um ou mais trocadores de calor (ou similares) que podem ser incorporados no subsistema de compressor/expansor 100, por exemplo para ajudar a ajustar a temperatura do gás como passa através do compressor 112 e/ou expansor 116 e, opcionalmente, quando se desloca entre dois ou mais estágios de compressão e/ou expansão. Tais trocadores de calor podem ser de qualquer tipo adequado e podem ser
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70/80 colocados em qualquer localização adequada dentro do sistema 10, e opcionalmente podem ser posicionados dentro da haste 18 e pelo menos parcialmente submersos dentro da água 20, de tal modo que a água 20 pode funcionar como uma fonte/coletor de calor para os trocadores.
[00203] Como mostrado na Figura 10, um exemplo de um trocador de calor 500 é imerso no líquido 20 dentro da haste 18 e está posicionado a montante do subsistema de compressor/expansor 100- de modo que o ar ambiente A se desloca através do trocador de calor 500 antes de chegar ao subsistema de compressor/expansor 100. O trocador de calor 500 troca calor entre o líquido 20 na haste 18 e o ar a ser transportado pelo trocador de calor 500 e pode abastecer ar A' trocado de calor (isto é, aquecido ou arrefecido) ao subsistema de compressor/expansor 100.
[00204] Nesta modalidade, o trocador de calor 500 compreende um radiador 504 tendo um percurso de ar imerso no líquido 20 dentro da haste 18. Um duto de entrada de ar 502 estende a partir do lado de fora do líquido 20 para o radiador 504 para receber e transportar ar atmosférico A para um caminho de ar do radiador. Nesta modalidade, uma cobertura de chuva e um filtro de pó podem ser fornecidos para proteger a abertura do duto de entrada de ar 502.
[00205] Um duto de saída de ar 506 estende desde o radiador 504 para receber e transportar o ar atmosférico após troca de calor A' a partir do percurso de ar para o subsistema de compressor/expansor 100. Nesta modalidade, o radiador 504 é construído de uma tubulação condutora geralmente termicamente que pode ser adequada para exposição à água 20 e para utilização nas condições esperadas de temperatura, fluxo e corrosão. Nesta modalidade, a tubulação é feita de aço inoxidável, mas podem ser utilizados outros materiais, tais como outros metais, plástico, combinações dos mesmos e semelhantes.
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71/80 [00206] Opcionalmente, o radiador 504 pode ser suspenso dentro da haste 18 usando apoios de suspensão (não mostrados) afixados à superfície interna da parede da haste 18. Nesta modalidade, o radiador 504 é montado em apoios com pinos removíveis, ou outros tais acoplamento destacáveis, para permitir a remoção dos radiadores para manutenção sem a necessidade de remover o líquido na haste 18. Em uma modalidade alternativa, o radiador 504 pode ser suspenso a partir de uma barra ou barras de suporte de peso estendendo através da haste 18, e pode ser desconectado e retirado da haste 18 para manutenção ou substituição. Em uma modalidade, o radiador 504 é de preferência configurado de modo que, apesar de ser colocado na haste 18, não inibe indevidamente o fluxo de água entre o acumulador 12 e o duto de reabastecimento 58. Como tal, pode ser geralmente posicionado verticalmente na haste tal como mostrado nas figuras, para assim ocupar pouca área de seção transversal da haste 18. Contudo, em outras modalidades, o radiador 504 pode ser orientado horizontalmente para dobrar como uma grade de separação para evitar grandes objetos que entram acidentalmente na haste 18 a partir de cima de afundar na parte inferior da haste 18.
[00207] Opcionalmente, em algumas modalidades, o trocador de calor 500 que é fornecido a montante do compressor 112 não precisa ser posicionado dentro da haste 18, e pode estar localizado em outro local adequado. Em tais modalidades, o trocador de calor 500 pode ainda ser fluidicamente conectado ao interior 54 da haste 18 e pode ser configurado para utilizar água a partir da haste 18 como uma corrente no trocador de calor 500. Isto pode ajudar a facilitar a troca de calor entre o ar que entra no compressor 112 e a água dentro da haste 18. O trocador de calor 500 em tais modalidades pode ser qualquer tipo adequado de trocador de calor que possa facilitar a transferência de calor entre uma corrente de gás e uma corrente de líquido
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72/80 incluindo, por exemplo um trocador de calor de contato direto, um trocador de calor de tubo e invólucro, um trocador de calor de placas e quadros, caldeira, resfriador evaporativo, trocador de calor em espiral, trocador de calor de pino de cabelo e similares.
[00208] No exemplo ilustrado, o subsistema de compressor/expansor 100 inclui um compressor 112 de estágios simples ou múltiplos, acionado por um motor 110 que é controlado usando o controlador 118. O compressor 112 é acionado pelo motor 110 durante um estágio de acumulação de operação, e retira o ar atmosférico A, comprime o ar e força-o a entrar no duto de gás 22/22 A para armazenamento no acumulador 12 (através do subsistema de armazenamento térmico 120 em modalidades incluindo o mesmo). O subsistema de compressor/expansor 100 também inclui um expansor 16 acionado por ar comprimido que sai do duto de gás 22/22 A durante um estágio de expansão de operação e, por sua vez, aciona o gerador 114 para gerar eletricidade. Depois de acionar o expansor 116, o ar expandido é transportado para a saída para a atmosfera A. Como descrito acima, o ar A do subsistema de compressor/expansor de entrada do ambiente 100 é condicionado para se tornar ar A' antes da sua entrada no compressor 112 passando o ar através do trocador de calor 500 para assim fazer com que o ar A' esteja a uma temperatura adequada para uma faixa de operação eficiente de um estágio particular do compressor 112.
[00209] O controlador 118 pode também ser configurado para mudar a condição do(s) trocador(es) de calor 500 de modo a mudar a natureza do calor sendo trocado entre o ar que entra através do trocador de calor 500 para o compressor 112 e o líquido 20 na haste 18, ou para mudar o encaminhamento de ar para o compressor 112 de modo que este não esteja a passar pelo trocador de calor 500.
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73/80 [00210] A Figura 11 A é uma vista esquemática de componentes de um subsistema de compressor/expansor alternativo 100 para um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido, com múltiplos estágios de compressão, cada associado a um respectivo trocador de calor. Em particular, durante uma fase de compressão (armazenamento), o ar de entrada do ambiente A é transportado primeiro através de um primeiro trocador de calor 504a para trocar calor com água 20 na haste 18, sendo assim condicionado para ser ar A' que é então transportado para compressor 112a acionado pelo motor 110a para um primeiro estágio de compressão. Após o primeiro estágio de compressão, o ar A' é então transportado através de um segundo trocador de calor 504b para trocar calor com a água 20 na haste 18, sendo assim condicionado para o ar A que é então transportado para o compressor 112b acionado pelo motor 110b para um segundo estágio de compressão. Após o segundo estágio de compressão, o ar A é então transportado através de quaisquer estágios adicionais de compressão, incluindo os respectivos trocadores de calor. Um último trocador de calor é representado neste exemplo como trocador de calor 504x que troca calor com água 20 na haste 18, sendo assim condicionado para o ar A' que é então transportado para o compressor 112x acionado pelo motor HOx para um x-ésimo estágio de compressão. Após este x-ésimo estágio de compressão, o ar é transportado para baixo no acumulador 12 como foi descrito acima com respeito a outras modalidades.
[00211] Opcionalmente, um ou mais trocadores de calor 500 podem ser posicionados em outros locais dentro do percurso DE fluxo de fluido, e não precisam ser dispostos dentro da haste 18. Em algumas configurações, um trocador de calor 500 que é externo à haste 18 pode ser fluidicamente conectado à haste 18, tal como através de dutos de fluido adequados, de tal modo que o trocador de calor 500 pode ainda ser configurado para trocar calor entre o ar e
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74/80 a água 20 dentro da haste 18. Por exemplo, como mostrado na modalidade alternativa da Figura 11B.
[00212] Deve ser notado que, enquanto três estágios de compressão com respectivos trocadores de calor são mostrados nas Figuras 11 A e 11 B, será entendido que um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de acordo com esta modalidade da invenção pode ter apenas dois, ou mais de três estágios de compressão com os respectivos trocadores de calor. Os trocadores de calor utilizados em tais modalidades podem ser de qualquer tipo adequado, incluindo trocadores de calor de contato direto, de tubo e de invólucro e de estrutura de placa.
[00213] Com referência à Figura 11B, neste exemplo, o trocador de calor 500a está fora da haste 18 e não está submerso na água 20. De preferência, o trocador de calor 500a pode estar localizado próximo ao primeiro compressor 112a. Este trocador de calor 500a é configurado preferivelmente como um trocador de calor de contato direto, no qual o ar que é retirado do meio ambiente A é colocado em contato físico direto com o líquido, que neste caso é a água 20 retirada da haste 18. Uma entrada de gás 510 é configurada para retirar ar do ambiente, e uma saída de gás 512 é conectada em conexão fluídica a montante do primeiro compressor 112a. Uma entrada de água é conectada fluidicamente à água 20 através de um duto de entrada 516 para retirar água da haste 18. De preferência, a água que sai do trocador de calor 504a, através de um duto de saída de água, pode ser devolvida à haste 18 através de um duto de saída 520. Alternativamente, a água pode ser abastecida ao trocador de calor 504a a partir de uma fonte diferente da haste 18, e a água que sai do trocador de calor 504a pode ser dirigida para um dreno ou coletor alternativo, em vez de ser devolvida à haste 18. O trocador de calor de contato direto 504a pode ser configurado como trocador de calor de cofluxo (fluxo de ar e água na mesma
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75/80 direção) ou contrafluxo (fluxo de ar e água em direções opostas), e pode incluir dois ou mais estágios, se desejado.
[00214] A Figura 12 é uma vista esquemática de componentes de um subsistema de compressor/expansor alternativo para um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido, com múltiplos estágios de expansão, cada um associado a um respectivo trocador de calor. Em particular, durante uma fase de expansão (por exemplo, liberação), o ar comprimido liberado do acumulador 12 é transportado primeiro através de um primeiro expansor 116a que aciona o gerador 114a e depois através de um primeiro trocador de calor 505a para trocar calor com água 20 na haste 18, assim para ser condicionado para ser ar A'. Após o primeiro estágio de expansão, o ar A' é então transportado através de um segundo gerador de acionamento 114b de expansor 116b e depois através de um segundo trocador de calor 505b para trocar calor com água 20 na haste 18, assim para ser condicionado para ser ar A. Após o segundo estágio de expansão, o ar A é então transportado através de quaisquer estágios de expansão adicionais, incluindo os respectivos trocadores de calor. Um último trocador de calor é representado neste exemplo como trocador de calor 505x que permite que o ar A troque calor com a água 20 na haste 18 depois de um x-ésimo estágio de expansão, nomeadamente passando através do gerador de acionamento 114x de expansor 116a, assim para ser condicionado para ser ar A' que é então transportado para fora do sistema para o ambiente A. Deve ser notado que, enquanto três estágios de compressão com respectivos trocadores de calor são mostrados na Figura 12, será entendido que um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de acordo com esta modalidade da invenção, pode ter apenas dois ou mais de três estágios de expansão com os respectivos trocadores de calor.
[00215] A Figura 13 é uma vista esquemática de componentes de um
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76/80 subsistema de compressor/expansor alternativo para um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido, com pares de estágios de compressão e expansão, cada um associado com um respectivo trocador de calor. Nesta modalidade, um trocador de calor comum 504a, 504b, 504c, é usado durante os estágios de compressão e expansão para cada estágio de compressão/expansão, respectivamente, por exemplo, por encaminhar ar sendo transportado para o acumulador através do trocador de calor e encaminhar ar sendo transportado para fora do acumulador através do trocador de calor. Em um sentido, portanto, pares de estágios de compressão e expansão compartilham um trocador de calor e o fluxo de ar é controlado usando as válvulas V, como mostrado na figura.
[00216] A Figura 14 é uma vista esquemática de componentes do subsistema de compressor/expansor alternativo da Figura 13, mostrando o fluxo de ar durante uma fase de expansão (liberação) a partir do armazenamento através de múltiplos expansores e trocadores de calor. Nessa fase, através do controle das válvulas V, o fluxo de ar é direcionado através de múltiplos estágios de expansão de maneira similar à mostrada na Figura 12. As linhas tracejadas mostram múltiplos estágios de compressão cujo fluxo de ar é evitado durante um estágio de expansão pelo controle de válvulas V.
[00217] A Figura 15 é uma vista esquemática de componentes do subsistema de compressor/expansor alternativo da Figura 13, mostrando o fluxo de ar durante uma compressão (armazenamento) a partir do ambiente através de múltiplos compressores e trocadores de calor. Nesta fase, através do controle das válvulas V, o fluxo de ar é direcionado através de múltiplos estágios de compressão de maneira similar àquela mostrada nas Figuras 11A e 11B. As linhas tracejadas mostram múltiplos estágios de expansão em que o fluxo de ar é evitado durante a fase de compressão pelo controle das válvulas V.
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77/80 [00218] As várias configurações para trocar mais ou menos calor descritas acima podem ser usadas em várias combinações entre si ou com outras configurações para alcançar uma transferência de calor desejada.
[00219] Além disso, são possíveis alternativas em que o ar que está sendo transportado do ambiente A para o subsistema de compressor/expansor 100 possa ser encaminhado de tempos em tempos, talvez em vista de alterações climáticas ou as necessidades da operação, de modo a desviar qualquer trocador de calor que esteja imerso no líquido no interior da haste e, em vez disso, seja transportado mais diretamente do ambiente para o subsistema de compressor/expansor 100.
[00220] Em modalidades descritas aqui, o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido é operado como um isobárico ou quase isobárico em que um diferencial entre a pressão sendo exercida pela quantidade de líquido dentro da haste para baixo na antepara e a pressão exercida pelo gás comprimido dentro do acumulador para cima na antepara é mantido abaixo de um nível de limiar por transportar gás comprimido entre o subsistema de compressor/expansor e a camada de gás e por transportar líquido entre a haste e a camada de líquido. No entanto, são possíveis alternativas em que a antepara ou outra estrutura de divisão entre o acumulador e a haste é forte e suficientemente afixada no local de modo que o diferencial de pressão possa ser maior.
Múltiplos pontos de acesso de gás [00221] Opcionalmente, as modalidades do sistema de armazenamento de energia de gás comprimido podem ser configuradas para ter dois ou mais pontos de entrada/saída de gás. Por exemplo, dois, três ou mais dutos de abastecimento de gás 22 poderíam estar associados a um acumulador comum 12, e poderíam estar em comunicação com uma camada comum de gás
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78/80 comprimido 14. De preferência, os dois ou mais dutos de abastecimento de gás podem ser espaçados de modo a fornecer acesso à camada de gás comprimido 14, e a energia armazenada na mesma, a partir de múltiplas localizações físicas na superfície, tal como em diferentes áreas de uma instalação industrial, bairro, cidade, condado ou semelhantes (dependendo do tamanho do acumulador subjacente 12, que pode ter vários quilômetros de comprimento em alguns exemplos). Isto pode ajudar a facilitar a conexão a uma ou mais fontes de energia e/ou cargas de energia espaçadas umas das outras, e pode ajudar a fornecer acesso à camada de gás comprimido 14 em um local desejado que é próximo de onde a energia elétrica pode ser fornecida para, ou extraída da rede G.
[00222] Opcionalmente, um ou mais dos dutos de abastecimento de gás 22 podem estar espaçados do duto de abastecimento/reabastecimento de água 58 e/ou da fonte/coletor de água 150. Por exemplo, em algumas circunstâncias, a localização da fonte/coletor de água 150 pode ser impossível ou impraticável de mudar, tal como se a fonte/coletor 150 fosse um lago que ocorre naturalmente como mostrado. Para ajudar a fornecer a água utilizada pelo sistema, o duto de abastecimento/reabastecimento de água 58 pode ser fornecido em uma extremidade do acumulador 12 que é fisicamente próxima do lago ou de outro modo adequada para facilitar a transferência de líquido entre a haste 18 e o lago 150 (tal como onde o fluxo forma o lago de fonte/coletor 150 para a haste 18 é acionado pela gravidade). No entanto, pode ser desejável fornecer pelo menos um ponto de entrada/saída de gás em outra parte do acumulador 12, que está perto de uma conexão com a grade G e é relativamente distante do lago 150. Como a água dentro do acumulador 12, formando a camada 16, pode tender a fluir relativamente livremente dentro do interior 23 do acumulador 12, pode ser razoável na maioria das modalidades, utilizar uma única haste 18 e duto de abastecimento/reabastecimento de água 58 para
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79/80 fornecer substancialmente toda a água necessária para todo o acumulador 12. Alternativamente, duas ou mais hastes 18, e dutos de abastecimento/reabastecimento de água 58 associados podem ser fornecidos.
[00223] Opcionalmente, os componentes do subsistema de compressor/expansor 100 podem ser posicionados juntos na mesma localização física, como mostrado em algumas das modalidades aqui. Em alternativa, os componentes do subsistema de compressor/expansor 100 podem ser separados uns dos outros, e fornecidos em localizações diferentes. Por exemplo, o compressor 112 pode estar localizado em um local (tal como em uma região com ar relativamente limpo que é adequado para retirar para compressão) e pode ser conectado à camada de gás 14 por um primeiro duto de gás 22, enquanto o expansor 116 pode estar localizado em outro local (tal como no interior de uma cidade e perto de uma conexão à rede) e pode ser conectado à camada de gás 14 por um segundo duto de gás separado 22. Em algumas modalidades, múltiplos compressores 112 e/ou expansores 116 podem ser fornecidos em múltiplos locais diferentes, e cada um pode ser ligado à camada de gás 14 através dos respectivos dutos de gás 22.
[00224] Por exemplo, a Figura 25 é uma representação esquemática de outra modalidade de um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido 10F, que é análogo aos outros sistemas de armazenamento de energia de gás comprimido descritos aqui, e que inclui três dutos de abastecimento de gás espaçados 22 que estão em comunicação com um acumulador comum 12. Neste exemplo, um dos dutos de abastecimento de gás 22 (à direita como ilustrado) é fornecido dentro da haste 18 e perto do duto de abastecimento/reabastecimento de água 58, enquanto os outros dois dutos de abastecimento de gás 22 são espaçados um do outro e não passam através da haste 18.
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80/80 [00225] A Figura 26 é uma representação esquemática de outra modalidade de um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido 10G, que é análogo aos outros sistemas de armazenamento de energia de gás comprimido descritos aqui, e em que os componentes do subsistema de compressor/expansor 100 são separados e distribuídos pela superfície. Neste exemplo, um compressor 112, e equipamento associado, é fornecido próximo à haste 18, e gás comprimido é forçado para baixo do duto de abastecimento de gás associado 22 e para dentro da camada de gás 14. Os outros dois dutos de gás 22 são conectados a um respectivo expansor 116 para extrair gás a partir da camada de gás 14. Neste exemplo, o gás é fornecido para o acumulador através de um duto de gás 22 e extraído através de outros dutos 22. Em algumas modalidades, um duto de gás 22 e um expansor 116 podem ser fornecidos em cada local onde seria desejável extrair energia e/ou ligar à rede G (tal como fornecer um duto de gás 22 e um expansor 116 para cada edifício que exija energia, etc.), sem necessidade de fornecer múltiplos compressores 112 e retirar ar a partir de múltiplos locais. Em tais exemplos, a capacidade do compressor 112 (ou múltiplos compressores/estágios em um determinado local) pode ser maior que a capacidade de qualquer um dos múltiplos expansores 116 fornecidos. Opcionalmente, cada compressor 112 e/ou expansor 116 pode ser operável independentemente.

Claims (120)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido compreendendo:
    a) um acumulador tendo uma abertura primária, uma parede superior, uma parede inferior e um interior do acumulador pelo menos parcialmente delimitado à parede superior e parede inferior, o acumulador para conter uma camada de gás comprimido sobre uma camada de líquido quando em uso;
    b) um subsistema de compressor/expansor de gás espaçado a partir do acumulador e um duto de gás tendo uma extremidade superior em comunicação com o subsistema de compressor/expansor de gás e uma extremidade inferior em comunicação com o interior do acumulador para transportar gás comprimido para camada de gás comprimido do acumulador quando em uso;
    c) uma haste tendo uma extremidade inferior adjacente à abertura primária, uma extremidade superior espaçada da extremidade inferior, e uma parede lateral de haste estendendo para cima a partir da extremidade inferior para a extremidade superior e pelo menos parcialmente delimitando um interior da haste para conter uma quantidade de um líquido, a haste sendo fluidicamente conectável a uma fonte/coletor de líquido através de um duto de abastecimento de líquido;
    d) uma partição cobrindo a abertura primária e separando o interior do acumulador a partir do interior da haste, a partição tendo uma superfície externa em comunicação com o interior da haste e uma superfície interna oposta em comunicação com o interior do acumulador; e
    e) um subsistema de liberação de gás auxiliar configurado para facilitar a liberação de gás a partir da camada de gás dentro do acumulador;
    f) em que, quando em uso, pelo menos uma da camada de gás comprimido e a camada de líquido encosta contra e exerce uma força de acumulador interna
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  2. 2/26 na superfície interna da partição e a quantidade de líquido dentro da haste encosta contra e exerce uma contra-força externa na superfície externa da partição, em que uma força resultante atuando na partição enquanto o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido está em uso é uma diferença entre a força de acumulador e a contra-força e é menor que a força de acumulador.
    2. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 1, em que o subsistema de liberação de gás auxiliar compreende um duto de liberação de gás auxiliar tendo uma entrada em comunicação com o interior de acumulador e uma saída.
  3. 3. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 2, em que o duto de liberação de gás auxiliar é espaçado do duto de gás.
  4. 4. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 3, em que o duto de liberação de gás auxiliar se estende através da partição.
  5. 5. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 3 ou 4, em que o duto de liberação de gás auxiliar está em comunicação fluídica com o interior da haste, tal que gás saindo do duto de liberação de gás auxiliar é liberado para a quantidade de líquido contido na haste.
  6. 6. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 5, em que uma válvula de liberação de gás é posicionada no duto de liberação de gás auxiliar e é seletivamente passível de abertura para permitir a liberação de gás.
  7. 7. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 6, em que a válvula de liberação de gás é uma válvula unidirecional
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    3/26 que permite a liberação de gás a partir da camada de gás para a haste e não permite líquido a partir da haste fluir através da válvula de liberação de gás auxiliar e para o acumulador.
  8. 8. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 6 a 7, em que a válvula de liberação de gás é uma válvula atuada por pressão que é pressionada em direção a uma configuração fechada e é automaticamente aberta quando uma pressão na camada de gás comprimido atinge um limite de limiar de pressão predefinido.
  9. 9. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 6 a 8, em que a válvula de liberação de gás auxiliar é remotamente atuável e é controlada por um controlador de sistema de liberação auxiliar.
  10. 10. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 1 a 5, em que o subsistema de liberação de gás auxiliar compreende uma válvula de liberação de gás que está em comunicação fluídica com a camada do gás comprimido e é seletivamente passível de abertura para permitir a liberação de gás dentro do acumulador.
  11. 11. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 10, em que a válvula de liberação de gás é uma válvula atuada por pressão que é pressionada em direção a uma configuração fechada e é automaticamente aberta quando uma pressão na camada de gás comprimido atinge um limite de limiar de pressão predefinido.
  12. 12. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 1 a 11, compreendendo ainda um duto de líquido fornecendo comunicação fluídica entre o líquido no interior da haste e a camada de líquido no acumulador, em que líquido pode fluir entre o interior da haste e a camada de líquido no acumulador em resposta a mudanças na pressão
    Petição 870190096598, de 26/09/2019, pág. 12/35
    4/26 da camada de gás comprimido.
  13. 13. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 12, em que o duto de líquido compreende o duto de liberação de gás auxiliar.
  14. 14. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 1 a 13, em que compreende ainda um duto guia tendo uma extremidade de entrada posicionada próxima da saída de duto de liberação de gás auxiliar para receber o gás saindo através do duto de liberação de gás auxiliar, uma extremidade de saída espaçada da extremidade de entrada e uma parede lateral de duto estendendo entre as mesmas.
  15. 15. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 14, em que pelo menos uma porção do duto guia é disposta dentro da haste.
  16. 16. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 14 ou 15, em que um interior do duto guia está em comunicação fluídica com o interior da haste em que o interior do duto de liberação de gás contém uma primeira porção da quantidade de líquido dentro da haste.
  17. 17. O armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 16, em que quando gás é liberado a partir do duto de liberação de gás, o gás que é liberado viaja para cima através do duto guia e desloca pelo menos parte da primeira porção de líquido a partir de dentro do duto guia no interior da haste.
  18. 18. O armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 16 ou 17, em que quando gás é liberado a partir do duto de liberação de gás auxiliar o gás é restrito dentro do duto guia quando viajando para cima através da haste e não expande para porções do interior da haste que são externas ao duto guia.
  19. 19. O armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 1 a 18, em que a extremidade de saída do duto guia é disposta
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    5/26 acima de uma superfície livre da quantidade de líquido dentro da haste.
  20. 20. O armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 1 a 19, em que a extremidade de saída do duto guia está em comunicação com a atmosfera ambiente.
  21. 21. Um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido compreendendo:
    a) um acumulador tendo uma abertura primária, uma parede superior, uma parede inferior e um interior do acumulador pelo menos parcialmente delimitado à parede superior e parede inferior, o acumulador para conter uma camada de gás comprimido sobre uma camada de líquido quando em uso;
    b) um subsistema de compressor/expansor de gás espaçado a partir do acumulador e um duto de abastecimento de gás tendo uma extremidade superior em comunicação com o subsistema de compressor/expansor de gás e uma extremidade inferior em comunicação com interior do acumulador para transportar gás comprimido para camada de gás comprimido do acumulador quando em uso;
    c) uma haste tendo uma extremidade inferior adjacente à abertura primária, uma extremidade superior espaçada da extremidade inferior, e uma parede lateral de haste estendendo para cima a partir da extremidade inferior para a extremidade superior e pelo menos parcialmente delimitando um interior da haste para conter uma quantidade de um líquido, a haste sendo fluidicamente conectável a uma fonte/coletor de líquido através de um duto de abastecimento de líquido;
    d) uma partição cobrindo a abertura primária e separando o interior do acumulador a partir do interior da haste, a partição tendo uma superfície externa em comunicação com o interior da haste e uma superfície interna oposta em comunicação com o interior do acumulador;
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    6/26
    e) em que pelo menos uma da camada de gás comprimido e a camada de líquido encosta contra e exerce uma força de acumulador interna na superfície interna da partição e a quantidade de líquido dentro da haste encosta contra e exerce uma contra-força externa na superfície externa da partição, em que uma força resultante atuando na partição enquanto o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido está em uso é uma diferença entre a força de acumulador e a contra-força e é menor que a força de acumulador.
  22. 22. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 21, compreendendo ainda um duto de líquido fornecendo comunicação fluídica entre o líquido no interior da haste e a camada de líquido no acumulador, em que líquido pode fluir entre o interior da haste e a camada de líquido no acumulador em resposta a mudanças na pressão da camada de gás comprimido.
  23. 23. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 22, em que uma primeira extremidade do duto de líquido é próxima da superfície externa da partição e está em comunicação fluídica com a haste.
  24. 24. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 22 ou 23, em que o duto de líquido passa através da partição.
  25. 25. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 22 a 24, em que uma segunda extremidade do duto de líquido é submersa na camada de líquido e permanece fluidicamente isolada a partir da camada de gás quando o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido está em uso.
  26. 26. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 22 a 24, em que quando uma pressão da camada de gás comprimido é aumentada por transportar gás adicional para a
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    7/26 camada de gás comprimido uma magnitude da força de acumulador interna é aumentada e líquido é transportado através do duto de líquido a partir da camada de líquido no acumulador para o interior da haste, e quando a pressão da camada de gás comprimido é diminuída por liberar gás a partir da camada de gás comprimido a magnitude da força de acumulador interna é diminuída e líquido é transportado através do duto de líquido a partir do interior da haste para a camada de líquido no acumulador.
  27. 27. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 21 a 26, em que uma diferença de pressão através da partição é entre cerca de 30.397,5 Pa (0,3 atm) e cerca de 607.950 Pa (6 atm) quando o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido está em uso.
  28. 28. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 21 a 27, em que o subsistema de compressor/expansor compreende:
    a) um compressor de gás com pelo menos um primeiro estágio de compressão configurado para retirar ar a partir de uma fonte de ar, comprimir o ar, e transportar o ar comprimido para a camada de gás comprimido através do duto de gás;
    b) um expansor de gás com pelo menos um primeiro estágio de expansão; e
    c) um primeiro gerador elétrico acionado pelo expansor de gás para receber ar comprimido a partir da camada de gás comprimido do acumulador e gerar eletricidade a partir de expansão do ar comprimido.
  29. 29. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 28, em que o primeiro estágio de expansão está em comunicação fluídica com o duto de abastecimento de gás.
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    8/26
  30. 30. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 28, compreendendo ainda um duto de gás secundário que é espaçado a partir do duto de abastecimento de gás e fluidicamente conecta o primeiro estágio de expansão e a camada de gás comprimido dentro do acumulador.
  31. 31. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 28 a 30, em que a fonte de ar compreende a atmosfera ambiente.
  32. 32. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 28 a 31, em que ar saindo do primeiro estágio de expansão é liberado para a atmosfera ambiente.
  33. 33. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 21 a 32, em que o duto de abastecimento de gás passa através do interior da haste e é pelo menos parcialmente submerso na quantidade do líquido.
  34. 34. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 21 a 33, em que o duto de abastecimento de gás é externo à haste.
  35. 35. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 21 a 34, em que a parede superior do acumulador é substancialmente plana, e é orientada substancialmente horizontalmente.
  36. 36. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 21 a 35, em que a extremidade inferior do duto de abastecimento de gás é posicionada em um ponto alto da parede superior do acumulador.
  37. 37. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de
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    9/26 qualquer uma das reivindicações 21 a 36, em que o duto de abastecimento de gás passa através da partição.
  38. 38. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 21 a 36, em que o duto de líquido passa por baixo da partição.
  39. 39. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 21 a 36, em que o duto de abastecimento de gás é pelo menos parcialmente disposto dentro do duto de líquido.
  40. 40. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 39, em que o duto de líquido compreende um canal de fluxo que passa por baixo da partição, e em que o duto de abastecimento de gás é disposto dentro do canal de fluxo e passa por baixo da partição.
  41. 41. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 21 a 40, em que o acumulador é pelo menos parcialmente enterrado debaixo do chão, e em que a extremidade superior da haste é acima do chão.
  42. 42. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 21 a 41, em que a fonte de líquido compreende um corpo de água.
  43. 43. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 21 a 42, em que o duto de abastecimento de líquido está em comunicação fluídica com o interior da haste em direção à extremidade superior da haste.
  44. 44. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 21 a 43, compreendendo ainda uma válvula de controle de fluxo disposta no duto de abastecimento de líquido, a válvula de controle de fluxo sendo móvel para uma posição fechada em que comunicação
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    10/26 fluídica entre a haste e a fonte de líquido é interrompida.
  45. 45. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 21 a 44, em que a extremidade superior da haste é aberta para a atmosfera ambiente.
  46. 46. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 21 a 45, em que a partição compreende ainda um acesso passível de abertura e resselável que é passível de abertura para fornecer acesso ao interior do acumulador.
  47. 47. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 21 a 46, em que a partição compreende uma antepara posicionada para selar a abertura primária.
  48. 48. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 47, em que a partição é formada pelo menos parcialmente a partir de pelo menos um de concreto, pedra, metal, material compósito e plástico.
  49. 49. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 21 a 48, em que o acumulador é pelo menos parcialmente enterrado debaixo do chão e a partição é pelo menos parcialmente composta do solo.
  50. 50. Um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido compreendendo:
    a) um acumulador tendo uma abertura primária, uma parede superior, uma parede inferior e um interior do acumulador pelo menos parcialmente delimitado à parede superior e parede inferior, o acumulador para conter uma camada de gás comprimido sobre uma camada de líquido quando em uso;
    b) um subsistema de compressor/expansor de gás espaçado a partir do acumulador e um duto de gás tendo uma extremidade superior em comunicação com o subsistema de compressor/expansor de gás e uma extremidade inferior
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    11/26 em comunicação com interior do acumulador para transportar gás comprimido entre a camada de gás comprimido no acumulador e o subsistema de compressor/expansor;
    c) uma haste tendo uma extremidade inferior adjacente à abertura primária, uma extremidade superior espaçada da extremidade inferior, e uma parede lateral de haste se estendendo para cima a partir da extremidade inferior para a extremidade superior e pelo menos parcialmente delimitando um interior da haste para conter uma quantidade de um líquido, a haste sendo fluidicamente conectável a uma fonte/coletor de líquido através de um duto de abastecimento de líquido;
    d) pelo menos um primeiro trocador de calor de compressão que é configurado para trocar calor entre gás sendo transportado para o acumulador e o líquido;
    e) uma partição cobrindo a abertura primária e separando o interior do acumulador a partir do interior da haste, a partição tendo uma superfície externa em comunicação com o interior da haste e uma superfície interna oposta em comunicação com o interior do acumulador; em que pelo menos uma da camada de gás comprimido e a camada de líquido encosta contra e exerce uma força de acumulador interna na superfície interna da partição e a quantidade de líquido dentro da haste encosta contra e exerce uma contra-força externa na superfície externa da partição, em que uma força resultante atuando na partição enquanto o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido está em uso é uma diferença entre a força de acumulador e a contra-força e é menor que a força de acumulador.
  51. 51. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 50, em que o primeiro trocador de calor de compressão é configurado para trocar calor entre o gás sendo transportado para o acumulador
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    12/26 e a quantidade de líquido que está contida dentro de pelo menos um dentre a haste, acumulador e fonte de líquido.
  52. 52. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 50 ou 51, em que o subsistema de compressor/expansor de gás compreende pelo menos um primeiro estágio de compressão e um segundo estágio de compressão, e em que o primeiro trocador de calor de compressão é fluidicamente conectado entre a fonte de gás e o primeiro estágio de compressão, e é configurado para trocar calor entre gás sendo transportado no primeiro estágio de compressor e o líquido; e
    a) compreendendo ainda um segundo trocador de calor de compressão fluidicamente conectado entre primeiro estágio de compressão e sendo configurado para trocar calor entre gás sendo transportado no segundo estágio de compressor e o líquido.
  53. 53. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 52, em que o segundo trocador de calor de compressão é configurado para trocar calor entre o gás sendo transportado para o segundo estágio de compressor e a quantidade de líquido que está contida dentro de pelo menos um dentre a haste, acumulador e fonte de líquido.
  54. 54. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 50 ou 53, em que o primeiro trocador de calor de compressão é disposto pelo menos parcialmente dentro da haste.
  55. 55. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 50 a 54, em que o subsistema de compressor/expansor de gás compreende um primeiro estágio de expansão e um segundo estágio de expansão, e em que um primeiro trocador de calor de expansão é fluidicamente conectado entre o acumulador e o primeiro estágio de expansão, e é configurado para trocar calor entre gás sendo transportado no
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    13/26 primeiro estágio de expansão e o líquido; e
    a) compreendendo ainda um segundo trocador de calor de expansão fluidicamente conectado entre primeiro estágio de expansão e o segundo estágio de expansão e disposto pelo menos parcialmente dentro do interior da haste, em que o segundo trocador de calor de expansão é configurado para trocar calor entre gás sendo transportado no segundo estágio de expansão e o líquido.
  56. 56. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 55, em que o primeiro estágio de expansão, e é configurado para trocar calor entre gás sendo transportado para o primeiro estágio de expansão e a quantidade de líquido contida dentro da haste e o segundo trocador de calor de expansão é configurado para trocar calor entre gás sendo transportado para o segundo estágio de expansão e a quantidade de líquido contida dentro de pelo menos um dentre a haste, acumulador e fonte de líquido.
  57. 57. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 56, em que o primeiro trocador de calor de compressão compreende o segundo trocador de calor de expansão.
  58. 58. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 56, em que o primeiro trocador de calor de compressão é espaçado a partir do segundo trocador de calor de expansão.
  59. 59. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 50 a 57, em que o primeiro trocador de calor compreende um radiador tendo pelo menos um caminho de ar imerso na quantidade de líquido contido na haste, um duto de entrada de ar estendendo a partir de fora da quantidade de líquido para a extremidade de entrada do radiador e um duto de saída de ar fluidicamente conectando uma extremidade de saída do radiador e o subsistema de compressor/expansor de gás.
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    14/26
  60. 60. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 50, em que o subsistema de compressor/expansor de gás compreende pares de estágios de expansão e compressão associados, em que cada par de estágios de expansão e compressão é fornecido com um respectivo trocador de calor que é configurado para, durante um ciclo de compressão, trocar calor entre a quantidade de líquido contido na haste e gás a ser comprimido pelo estágio de compressão, e durante o ciclo de expansão para trocar calor entre a quantidade de líquido contido na haste e gás que tenha sido expandido pelo estágio de expansão.
  61. 61. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 50 a 60, em que a fonte de gás é a atmosfera ambiente.
  62. 62. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 50 a 61, em que o primeiro trocador de calor de compressão é removivelmente montado dentro da haste.
  63. 63. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 50 a 62, compreendendo ainda um duto de líquido fornecendo comunicação fluídica entre o líquido no interior da haste e a camada de líquido no acumulador, em que líquido pode fluir entre o interior da haste e a camada de líquido no acumulador em resposta a mudanças na pressão da camada de gás comprimido.
  64. 64. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 63, em que a extremidade superior do duto de líquido é próxima da superfície externa da partição.
  65. 65. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 63 ou 64, em que o duto de líquido passa através da partição.
  66. 66. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de
    Petição 870190096598, de 26/09/2019, pág. 23/35
    15/26 qualquer uma das reivindicações 63 a 65, em que uma extremidade inferior do duto de líquido é submersa na camada de líquido dentro do acumulador e permanece fluidicamente isolada a partir da camada de gás dentro do acumulador quando o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido está em uso.
  67. 67. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 50 a 66, em que quando uma pressão da camada de gás comprimido é aumentada por transportar gás adicional para a camada de gás comprimido uma magnitude da força do gás é aumentada e líquido é transportado através do duto de líquido a partir da camada de líquido no acumulador para o interior da haste, e quando a pressão da camada de gás comprimido é diminuída por liberar gás a partir da camada de gás comprimido a magnitude da força do gás é diminuída e líquido é transportado através do duto de líquido a partir do interior da haste para a camada de líquido no acumulador.
  68. 68. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 50 a 67, em que o duto de abastecimento de gás passa através do interior da haste e é pelo menos parcialmente submerso na quantidade do líquido.
  69. 69. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 50 a 68, em que o duto de abastecimento de gás é externo à haste.
  70. 70. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 50 a 69, em que o duto de abastecimento de gás passa através da partição.
  71. 71. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 50 a 70, em que o primeiro trocador de calor de compressão compreende pelo menos um trocador de calor de contato direto.
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    16/26
  72. 72. 0 sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 50 a 71, em que água entrando no primeiro trocador de calor de compressão é retirada a partir da haste e água saindo do primeiro trocador de calor de compressão é retornada para a haste.
  73. 73. Um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido compreendendo:
    a) um acumulador tendo uma abertura primária, uma parede superior, uma parede inferior e um interior do acumulador pelo menos parcialmente delimitado à parede superior e parede inferior, o acumulador para conter uma camada de gás comprimido sobre uma camada de líquido quando em uso;
    b) um subsistema de compressor/expansor de gás espaçado a partir do acumulador e um duto de gás tendo uma extremidade superior em comunicação com o subsistema de compressor/expansor de gás e uma extremidade inferior em comunicação com interior do acumulador para transportar gás comprimido para camada de gás comprimido;
    c) uma haste tendo uma extremidade inferior adjacente à abertura primária, uma extremidade superior espaçada da extremidade inferior, e uma parede lateral de haste se estendendo para cima a partir da extremidade inferior para a extremidade superior e pelo menos parcialmente delimitando um interior da haste contendo uma quantidade de um líquido, a haste sendo fluidicamente conectável a uma fonte/coletor de líquido através de um duto de abastecimento de líquido;
    d) um subsistema de armazenamento térmico fornecido em comunicação fluídica entre o subsistema de compressor/expansor de gás e o acumulador, em que energia térmica é extraída a partir do gás comprimido saindo do subsistema de compressor/expansor de gás em uma temperatura de saída e armazenada no subsistema de armazenamento térmico e a temperatura do gás saindo do
    Petição 870190096598, de 26/09/2019, pág. 25/35
    17/26 subsistema de armazenamento térmico é reduzida para uma temperatura de armazenamento que é menor que a temperatura de saída;
    e) uma partição posicionada na extremidade inferior da haste e cobrindo a abertura primária e separando o interior do acumulador a partir do interior da haste, a partição tendo uma superfície externa em comunicação com o interior da haste e uma superfície interna oposta em comunicação com o interior do acumulador;
    em que pelo menos uma da camada de gás comprimido e a camada de líquido encosta contra e exerce uma força de acumulador interna na superfície interna da partição e a quantidade de líquido dentro da haste encosta contra e exerce uma contra-força externa na superfície externa da partição, em que uma força resultante atuando na partição enquanto o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido está em uso é uma diferença entre a força de acumulador e a contra-força e é menor que a força de acumulador.
  74. 74. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 73, em que o subsistema de armazenamento térmico compreende um aparelho de armazenamento térmico de múltiplos estágios.
  75. 75. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 73 a 74, em que pelo menos uma porção do subsistema de armazenamento térmico é localizada no subsolo.
  76. 76. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 73 a 75, em que uma porção superior do duto de gás se estende entre o subsistema de compressor/expansor e o subsistema de armazenamento térmico, e uma porção inferior do duto de gás se estende entre subsistema de armazenamento térmico e acumulador e se estende pelo menos parcialmente dentro do interior da haste.
  77. 77. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da
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    18/26 reivindicação 76, em que a porção superior do duto de gás é externa à haste.
  78. 78. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 73 a 77, em que o subsistema de armazenamento térmico compreende pelo menos um de um estágio de armazenamento térmico sensível e um estágio de armazenamento térmico latente.
  79. 79. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 78, em que o subsistema de armazenamento térmico compreende um ou mais materiais de mudança de fase.
  80. 80. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 79, em que o subsistema de armazenamento térmico inclui um primeiro estágio de armazenamento térmico latente utilizando um primeiro material de mudança de fase, e um segundo estágio de armazenamento térmico utilizando um segundo material de mudança de fase diferente.
  81. 81. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 73 a 80, em que durante um processo de expansão gás saindo do acumulador passa através do subsistema de armazenamento térmico antes de alcançar o subsistema de compressor/expansor de gás, em que pelo menos uma porção da energia térmica que foi extraída a partir do gás comprimido entrando no acumulador é reintroduzida para o gás saindo do acumulador para elevar a temperatura do gás a partir da temperatura de armazenamento para uma temperatura de saída superior antes de expansão.
  82. 82. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 73 a 81, em que a capacidade do subsistema de armazenamento térmico é selecionada com base ou na duração de fase de compressão ou a duração de fase de expansão do sistema de armazenamento
    Petição 870190096598, de 26/09/2019, pág. 27/35
    19/26 de energia de gás comprimido.
  83. 83. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 73 a 82, em que pelo menos uma porção do subsistema de armazenamento térmico é disposta dentro da haste e é pelo menos parcialmente submersa na quantidade de líquido contido na haste.
  84. 84. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 83, em que o subsistema de armazenamento térmico é submerso na quantidade de líquido contido na haste.
  85. 85. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 73 a 84, em que pelo menos uma porção do subsistema de armazenamento térmico é disposta dentro do acumulador.
  86. 86. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 85, em que a totalidade do subsistema de armazenamento térmico é disposta dentro do acumulador.
  87. 87. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 85 ou 86, em que o subsistema de armazenamento térmico é pelo menos parcialmente submerso na camada de líquido dentro do acumulador.
  88. 88. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 73 a 87, em que o subsistema de armazenamento térmico é disposto dentro de uma câmara pressurizada.
  89. 89. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 88, em que a câmara pressurizada está no subsolo.
  90. 90. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 88 ou 89, em que a câmara pressurizada está em comunicação fluídica com a camada de gás no acumulador.
  91. 91. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 90, compreendendo ainda uma válvula reguladora em
    Petição 870190096598, de 26/09/2019, pág. 28/35
    20/26 comunicação fluídica com um interior do subsistema de armazenamento térmico e a câmara pressurizada, a válvula reguladora sendo configurada para manter um diferencial de pressão de limiar entre o interior do subsistema de armazenamento térmico e a câmara pressurizada.
  92. 92. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 73 a 91, em que o subsistema de compressor/expansor de gás compreende um primeiro estágio de compressão e pelo menos um segundo estágio de compressão a jusante a partir do primeiro estágio de compressão, e em que o subsistema de armazenamento térmico compreende um primeiro estágio de armazenamento térmico em comunicação fluídica entre o primeiro estágio de compressão e o segundo estágio de compressão, e um segundo estágio de armazenamento térmico em comunicação fluídica com o segundo estágio de compressão e a camada de gás no acumulador.
  93. 93. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 73 a 92, em que o subsistema de compressor/expansor de gás compreende um primeiro estágio de expansão e pelo menos um segundo estágio de expansão a jusante a partir do primeiro estágio de expansão, e em que o subsistema de armazenamento térmico compreende um terceiro estágio de armazenamento térmico em comunicação fluídica entre a camada de gás no acumulador e o primeiro estágio de expansão, e um quarto estágio de armazenamento térmico em comunicação fluídica entre o primeiro estágio de expansão e a segunda expansão.
  94. 94. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 73 a 93, em que o subsistema de compressor/expansor de gás compreende um primeiro estágio de compressão, pelo menos um segundo estágio de compressão a jusante a partir do primeiro
    Petição 870190096598, de 26/09/2019, pág. 29/35
    21/26 estágio de compressão, um primeiro estágio de expansão e pelo menos um segundo estágio de expansão a jusante a partir do primeiro estágio de expansão, e em que o subsistema de armazenamento térmico compreende um primeiro estágio de armazenamento térmico que está em comunicação fluídica entre o primeiro estágio de compressão e o segundo estágio de compressão e que está em comunicação fluídica entre o primeiro estágio de expansão e o segundo estágio de expansão.
  95. 95. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 94, em que o subsistema de armazenamento térmico compreende um segundo estágio de armazenamento térmico que está em comunicação fluídica entre o segundo estágio de compressão e o acumulador e que está em comunicação fluídica entre o acumulador e o primeiro estágio de expansão.
  96. 96. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 73 a 95, compreendendo ainda um duto de líquido fornecendo comunicação fluídica entre o líquido no interior da haste e a camada de líquido no acumulador, em que líquido pode fluir entre o interior da haste e a camada de líquido no acumulador em resposta a mudanças na pressão da camada de gás comprimido.
  97. 97. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 96, em que uma primeira extremidade do duto de líquido é próxima da superfície externa da partição e em comunicação fluídica com a haste.
  98. 98. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 96 ou 97, em que o duto de líquido passa através da partição.
  99. 99. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 96 a 98, em que uma segunda extremidade do duto de líquido é submersa na camada de líquido e permanece fluidicamente
    Petição 870190096598, de 26/09/2019, pág. 30/35
    22/26 isolada a partir da camada de gás quando o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido está em uso.
  100. 100. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 73 a 99, em que quando uma pressão da camada de gás comprimido é aumentada por transportar gás adicional para a camada de gás comprimido uma magnitude da força do gás é aumentada e líquido é transportado através do duto de líquido a partir da camada de líquido no acumulador para o interior da haste, e quando a pressão da camada de gás comprimido é diminuída por liberar gás a partir da camada de gás comprimido a magnitude da força do gás é diminuída e líquido é transportado através do duto de líquido a partir do interior da haste para a camada de líquido no acumulador.
  101. 101. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 73 a 100, em que o duto de abastecimento de gás passa através do interior da haste e é pelo menos parcialmente submerso na quantidade do líquido.
  102. 102. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 73 a 101, em que o duto de abastecimento de gás é externo à haste.
  103. 103. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 73 a 102, em que o duto de abastecimento de gás passa através da partição.
  104. 104. Um sistema de armazenamento de energia de gás comprimido compreendendo:
    a) um acumulador tendo uma abertura primária, uma parede superior, uma parede inferior e um interior do acumulador pelo menos parcialmente delimitado à parede superior e parede inferior, o acumulador contendo uma camada de gás comprimido sobre uma camada de líquido;
    b) um subsistema de compressor/expansor de gás tendo pelo menos um
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    23/26 primeiro compressor que é espaçado do acumulador e um primeiro estágio de expansão,
    c) um primeiro duto de gás tendo uma extremidade superior em comunicação com o primeiro estágio de compressão e uma extremidade inferior em comunicação com uma primeira localização no interior do acumulador para transportar gás comprimido para camada de gás comprimido;
    d) uma haste tendo uma extremidade inferior adjacente à abertura primária, uma extremidade superior espaçada da extremidade inferior, e uma parede lateral de haste se estendendo para cima a partir da extremidade inferior para a extremidade superior e pelo menos parcialmente delimitando um interior da haste contendo uma quantidade de um líquido, a haste sendo fluidicamente conectável a uma fonte/coletor de líquido através de um duto de abastecimento de líquido;
    e) uma partição posicionada na extremidade inferior da haste e cobrindo a abertura primária e separando o interior do acumulador a partir do interior da haste, a partição tendo uma superfície externa em comunicação com o interior da haste e uma superfície interna oposta em comunicação com o interior do acumulador;
    em que pelo menos uma da camada de gás comprimido e a camada de líquido encosta contra e exerce uma força de acumulador interna na superfície interna da partição e a quantidade de líquido dentro da haste encosta contra e exerce uma contra-força externa na superfície externa da partição, em que uma força resultante atuando na partição enquanto o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido está em uso é uma diferença entre a força de acumulador e a contra-força e é menor que a força de acumulador.
  105. 105. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 104, compreendendo ainda um segundo duto de gás que é espaçado do primeiro duto de gás, o segundo duto de gás tendo uma extremidade inferior em comunicação com uma segunda localização no interior do acumulador e a extremidade superior que é espaçada a partir da extremidade
    Petição 870190096598, de 26/09/2019, pág. 32/35
    24/26 superior do primeiro duto de gás e está em comunicação fluídica com o primeiro expansor.
  106. 106. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 105, compreendendo ainda um terceiro duto de gás que é espaçado do primeiro duto de gás e o segundo duto de gás, o terceiro duto de gás tendo uma extremidade inferior em comunicação com uma terceira localização no interior do acumulador e uma extremidade superior que é espaçada da extremidade superior do primeiro duto de gás e a extremidade superior do segundo duto de gás e está em comunicação fluídica com um segundo expansor que é espaçado do primeiro expansor.
  107. 107. O sistema de armazenamento de energia comprimida da reivindicação 406, em que pelo menos um do primeiro duto de gás, segundo duto de gás e terceiro duto de gás se estende através do interior da haste e é submerso na quantidade de água contida na haste.
  108. 108. O sistema de armazenamento de energia comprimida da reivindicação 107, em que apenas o primeiro duto de gás se estende através do interior da haste e é submerso na quantidade de água contida na haste, e o segundo duto de gás e terceiro duto de gás são externos à haste.
  109. 109. O sistema de armazenamento de energia comprimida de qualquer uma das reivindicações 106 a 108, em que o primeiro expansor é operável independentemente do segundo expansor.
  110. 110. O sistema de armazenamento de energia comprimida de qualquer uma das reivindicações 104 a 109, compreendendo ainda um terceiro expansor que é próximo do primeiro compressor e está em comunicação fluídica com a extremidade superior do primeiro duto de gás.
  111. 111. O sistema de armazenamento de energia comprimida de qualquer uma das reivindicações 104 a 110, em que o primeiro compressor está próximo da haste e o primeiro expansor é espaçado da haste.
  112. 112. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 104 a 111, compreendendo ainda um duto de
    Petição 870190096598, de 26/09/2019, pág. 33/35
    25/26 líquido fornecendo comunicação fluídica entre o líquido no interior da haste e a camada de líquido no acumulador, em que líquido pode fluir entre o interior da haste e a camada de líquido no acumulador em resposta a mudanças na pressão da camada de gás comprimido.
  113. 113. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 112, em que a extremidade superior do duto de líquido é próxima da superfície superior da partição.
  114. 114. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido da reivindicação 112 ou 113, em que o duto de líquido passa através da partição.
  115. 115. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 112 a 114, em que uma extremidade inferior do duto de líquido é submersa na camada de líquido dentro do acumulador e permanece fluidicamente isolada a partir da camada de gás dentro do acumulador quando o sistema de armazenamento de energia de gás comprimido está em uso.
  116. 116. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 104 a 115, em que quando uma pressão da camada de gás comprimido é aumentada por transportar gás adicional para a camada de gás comprimido uma magnitude da força do gás é aumentada e líquido é transportado através do duto de líquido a partir da camada de líquido no acumulador para o interior da haste, e quando a pressão da camada de gás comprimido é diminuída por liberar gás a partir da camada de gás comprimido a magnitude da força do gás é diminuída e líquido é transportado através do duto de líquido a partir do interior da haste para a camada de líquido no acumulador.
  117. 117. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 104 a 116, em que pelo menos o primeiro duto de abastecimento de gás passa através do interior da haste e é pelo menos parcialmente submerso na quantidade do líquido.
  118. 118. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 104 a 116, em que pelo menos o primeiro duto
    Petição 870190096598, de 26/09/2019, pág. 34/35
    26/26 de abastecimento de gás é externo à haste.
  119. 119. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 104 a 116, em que pelo menos o primeiro duto de abastecimento de gás passa através da partição.
  120. 120. O sistema de armazenamento de energia de gás comprimido de qualquer uma das reivindicações 104 a 119, compreendendo ainda um subsistema de armazenamento térmico fornecido em comunicação fluídica a jusante a partir do subsistema de compressor/expansor de gás e a montante do acumulador, em que gás comprimido saindo do subsistema de compressor/expansor de gás em uma temperatura de saída passa através do subsistema de armazenamento térmico em que energia térmica é extraída a partir do gás comprimido e armazenada no subsistema de armazenamento térmico e a temperatura do gás saindo do subsistema de armazenamento térmico é reduzida para uma temperatura de armazenamento que é menor que a temperatura de saída.
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