ES2354552B1 - Sistema de almacenamiento energético basado en incremento de temperatura. - Google Patents

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Abstract

La presente invención se refiere a un sistema de almacenamiento energético basado en el incremento de temperatura. El sistema comprende un recipiente que contiene un material con gran capacidad de almacenamiento térmico, medios de aporte de calor al recipiente que contiene dicho material, un material aislante térmico que recubre de manera sustancialmente completa dicho recipiente y medios de extracción de energía para extraer cuando se requiera la energía térmica almacenada en el material con gran capacidad de almacenamiento térmico. Mediante este sistema puede almacenarse la energía aportada por los medios de aporte de calor en el material con gran capacidad de almacenamiento térmico durante un tiempo deseado y posteriormente recuperarla mediante los medios de extracción de energía.

Description

sistema comprende un recipiente 10 que contiene un
Sistema de almacenamiento energético basado en incremento de temperatura. Campo de la invención
La presente invención se refiere al campo de la industria energética, concretamente a sistemas de almacenamiento de energía. Más concretamente, la presente invención se refiere a un sistema de almacenamiento de energía basado en incremento de temperatura. Antecedentes de la invención
Uno de los principales problemas actuales con respecto a la utilización de energías, tales como las energías renovables (solar, eólica, etc.), es la dificultad de su almacenamiento, así como la variabilidad tanto en la potencia obtenida como en el momento de su obtención. En efecto, se conocen sistemas para aprovechar dicho tipo de energías y convertirlas en energía eléctrica aprovechable, pero no existen sistemas eficaces para almacenar dicha energía para su uso posterior. Por tanto, existe una gran dependencia del momento en el que se obtienen y de la potencia con la que se obtienen, lo cual resulta imprevisible.
La técnica actual se enfrenta al mismo problema a la hora de almacenar energía eléctrica, que puede no tener las características de frecuencia necesarias para poder inyectarla en la red o que por cualquier otro motivo no pueda almacenarse, y convertirla en energía eléctrica adecuada para su suministro posterior cuando sea necesario. Actualmente, este tipo de energía se pierde irremisiblemente.
Existe por tanto en la actualidad una gran necesidad de un sistema que permita almacenar energía, de cualquier procedencia y características, de manera eficaz y duradera, y suministrarla posteriormente cuando se necesite dicha energía. Sumario de la invención
La presente invención se refiere a un sistema de almacenamiento energético basado en incremento de temperatura que comprende un recipiente que contiene un material con gran capacidad de almacenamiento térmico, medios de aporte de calor al recipiente que contiene dicho material, un material aislante térmico que recubre de manera sustancialmente completa dicho recipiente y medios de extracción de energía para extraer cuando se requiera la energía térmica almacenada en el material con gran capacidad de almacenamiento térmico. Por tanto, gracias a dicho sistema puede almacenarse la energía aportada por los medios de aporte de calor en el material con gran capacidad de almacenamiento térmico durante un tiempo deseado y posteriormente recuperarla mediante los medios de extracción de energía. Breve descripción de los dibujos
La presente invención se entenderá mejor con referencia a los siguientes dibujos que ilustran una realización preferida de la invención, proporcionada a modo de ejemplo, y que no debe interpretarse como limitativa de la invención de ninguna manera.
La figura 1 es una vista en sección de un sistema de almacenamiento energético según la presente invención.
La figura 2 es una vista en planta del sistema de almacenamiento energético mostrado en la figura 1. Descripción detallada de las realizaciones preferidas
En la figura 1 se muestra una vista en sección de un sistema de almacenamiento energético según una material con gran capacidad de almacenamiento térmico 12; medios de aporte de calor (no mostrados en la figura 1, que se observan y se describirán a continuación en relación con la figura 2) para aportar calor al recipiente 10 que contiene dicho material 12, un material aislante térmico 16 que recubre de manera sustancialmente completa dicho recipiente 10 de modo que eviten pérdidas de calor (y por tanto de energía) del sistema de almacenamiento, y medios de extracción de energía que en esa realización preferida son unos intercambiadores de calor 18 por el que circula un fluido para extraer cuando se requiera la energía térmica almacenada en el material con gran capacidad de almacenamiento térmico 12. Por tanto, tal como se observa, mediante el presente sistema puede almacenarse la energía aportada por los medios de aporte de calor al recipiente 10 en el material con gran capacidad de almacenamiento térmico 12 durante un tiempo deseado y posteriormente recuperarla mediante el intercambiador de calor 18. El material aislante térmico 16 puede ser cualquiera conocido en la técnica que proporcione un aislamiento térmico adecuado.
Tal como se observa igualmente en la figura 1, el sistema según esta realización preferida de la presente invención también está parcialmente recubierto (en sus lados y su parte inferior) por un material de protección 20 (tal como por ejemplo hormigón) que actúa como protección y como aislante térmico adicional del sistema.
Además, en dicha realización preferida el sistema según la presente invención se encuentra enterrado proporcionando de ese modo un aislamiento térmico adicional hacia el medio exterior, aunque el sistema puede ir igualmente sobre la superficie del terreno o incluso a una cierta altura sobre la superficie del terreno.
En la figura 2 se muestra una vista en planta del sistema descrito anteriormente haciendo referencia a la figura 1. En ella se observa el recipiente 10, el material con gran capacidad de almacenamiento térmico 12, los medios de aporte de calor al recipiente 10 que en esa realización preferida son resistencias eléctricas calefactores 14, el material aislante térmico 16 así como el material de protección 20. En esta figura se observa que tanto el recipiente 10 como cada una de las capas de aislamiento y protección (material aislante térmico 16 y material de protección 20) presentan una forma cilíndrica, aunque evidentemente en otras realizaciones podrán presentar cualquier otra forma que resulte conveniente, tal como prismática, esférica, etc.
En una realización preferida de la presente invención, el material con gran capacidad de almacenamiento térmico 12 elegido es cloruro de sodio, cuyo calor específico elevado (971 J/KgK) proporciona una elevada capacidad para almacenar energía en forma de calor sin tener que llegar a las temperaturas necesarias para que se produzca la fusión (808ºC). El cloruro de sodio presenta además las ventajas de no ser tóxico, además de ser abundante y económico, con lo que el sistema final resulta igualmente económico además de eficaz. Sin embargo, resulta evidente que en el sistema según la presente invención podrán usarse otros materiales 12 que presenten igualmente un elevado calor específico (y por tanto una gran capacidad de almacenamiento térmico) sin por ello apartarse del espíritu de la invención.
3 ES 2354552A1 4
Aunque se ha descrito de manera detallada una realización preferida del sistema de almacenamiento energético, no se pretende limitar la presente invención a dicha realización y otras modificaciones y variaciones de la misma resultarán evidentes a los expertos en la técnica, quedando dichas variaciones dentro del alcance de la invención definido por las reivindicaciones adjuntas.
Por ejemplo, aunque según la realización preferida del sistema según la presente invención descrita anteriormente se indica que se dispone de un material de protección 20 que recubre al menos parcialmente el material aislante térmico 16, resulta evidente que dicha protección no es imprescindible y podrán diseñarse realizaciones adicionales de la presente invención que carecen de dicho material de protección 20.
Asimismo, aunque se ha descrito un sistema de almacenamiento energético enterrado (para de ese modo proporcionar un aislamiento térmico adicional hacia el exterior), podrán proporcionarse otras realizaciones de la presente invención en las que el sistema se encuentre tan sólo parcialmente enterrado o incluso totalmente en el exterior sin por ello apartarse del alcance de la invención.
Igualmente, aunque se han descrito resistencias eléctricas calefactoras 14 como medios de aporte de calor al recipiente 10 que contiene el material con gran capacidad de almacenamiento térmico 12 según la presente invención, esta energía podrá aportarse mediante cualquier sistema apropiado. Por ejemplo, podrá aportarse directamente energía térmica, por ejemplo mediante energía sobrante de una congeneración, de geotermia, energía solar térmica, etc.
En el caso de usar resistencias eléctricas calefactoras 14, tal como se definió anteriormente en el presente documento, éstas pueden disponerse por grupos de modo que las resistencias eléctricas calefactoras 14 se alimenten independientemente para adaptarse de ese modo a la energía eléctrica disponible en cada caso, pudiendo conectarse en diferentes configuraciones según sea la cantidad de potencia disponible en cada momento. Se irán conectando según la potencia eléctrica que se aporte en cada momento, por ejemplo según aumente la velocidad del viento, para que de ese modo pueda aprovecharse dicha energía desde el primer momento. Según esta configuración preferida, el sistema de almacenamiento energético de la presente invención supera además las limitaciones existentes actualmente con respecto a la velocidad máxima y mínima de viento disponible, que fijan el tipo de energía eléctrica que se inyecta en la red eléctrica, permitiendo de ese modo aprovechar una gran parte de la energía producida y que de otro modo se perdería irremisiblemente.
Para alimentar las resistencias eléctricas calefactoras 14 del sistema según la realización preferida de la presente invención puede usarse una energía eléctrica que no presenta las características de frecuencia necesarias para poder inyectarla en la red eléctrica o que por cualquier otro motivo no pueda almacenarse, por lo que las pérdidas de potencias que hayan podido producirse en el proceso de conversión ya no representan un problema.
Se ha descrito con relación a la realización preferida de la presente invención un intercambiador de calor 18 por el que circula un fluido para extraer cuando se requiera la energía térmica almacenada en el material con gran capacidad de almacenamiento térmico 12 y que se posteriormente usará directamente en forma de calor o para generar energía eléctrica estabilizada. Sin embargo, los expertos en la técnica conocen otros sistemas para obtener la energía almacenada en el material 12 en forma de energía eléctrica, tales como por ejemplo mediante un ciclo de Rankine convencional (adecuado principalmente para instalaciones de tamaño medio-grande) o mediante un motor Stirling (para instalaciones de pequeño tamaño). Podrán usarse estos u otros medios de extracción de energía sin por ello apartarse del alcance de la presente invención.
Además, como ventaja adicional del sistema según la presente invención, en el momento de producción de energía el sistema no se encuentra sujeto a ninguna limitación con respecto a su frecuencia y estabilidad, ya que se dispone de un almacenamiento del que se conoce la cantidad de energía almacenada en cada momento sabiendo la temperatura a la que está el material con gran capacidad de almacenamiento térmico 12, y, por ejemplo en el caso de usar intercambiadores de calor 18, mediante la regulación del caudal del fluido que circula por los mismos puede controlarse con exactitud la energía estable generada.
Finalmente, pueden fabricarse sistemas de almacenamiento energético según la invención para almacenar energía sobrante o de baja calidad tanto de grandes dimensiones (por ejemplo para almacenar energía eléctrica producida en parques eólicos cuando el viento no tiene la velocidad suficiente o cuando haya que proceder a la desconexión de los parques debido a una saturación de la red eléctrica) como de pequeñas dimensiones (para usos individuales o más reducidos).
5 ES 2354552A1 6

Claims (12)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Sistema de almacenamiento energético de energía basado en incremento de temperatura caracterizado porque comprende:
    -
    un recipiente (10) que contiene un material (12) con gran capacidad de almacenamiento térmico
    -
    medios de aporte de calor al material (12) contenido en el recipiente (10)
    -
    un material aislante térmico (16) que recubre de manera sustancialmente completa dicho recipiente (10); y
    -
    medios de extracción de energía para extraer cuando se requiera la energía térmica almacenada en el material con gran capacidad de almacenamiento térmico (12);
    mediante el cual puede almacenarse la energía aportada por los medios de aporte de calor en el material con gran capacidad de almacenamiento térmico
    (12) durante un tiempo deseado y posteriormente recuperarla mediante los medios de extracción de energía.
  2. 2.
    Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende además un material de protección (20) que recubre al menos parcialmente el material aislante térmico (16) y que actúa como protección y como aislante térmico adicional del sistema.
  3. 3.
    Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material con gran capacidad de almacenamiento térmico (12) es cloruro de sodio.
  4. 4.
    Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de aporte de calor usados son resistencias eléctricas calefactoras (14).
  5. 5.
    Sistema según la reivindicación anterior, caracterizado porque las resistencias eléctricas calefactoras (14) se alimentan independientemente, pudiendo conectarse en diferentes configuraciones según sea la cantidad de potencia disponible en cada momento.
  6. 6.
    Sistema según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se encuentra al menos parcialmente enterrado proporcionando de ese modo un aislamiento térmico adicional hacia el medio exterior.
  7. 7.
    Sistema según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se encuentra sobre la superficie del terreno.
  8. 8.
    Sistema según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque se encuentra dispuesto a cierta altura sobre la superficie del terreno.
  9. 9.
    Sistema según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de extracción para extraer la energía térmica son unos intercambiadores de calor (18) por los que circula un fluido.
  10. 10.
    Sistema según las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque la energía térmica almacenada se extrae en forma de energía eléctrica.
  11. 11.
    Sistema según la reivindicación anterior, caracterizado porque la energía eléctrica se extrae mediante un sistema seleccionado del grupo constituido por un ciclo de Rankine y un ciclo de Stirling.
    ES 2 354 552 A1
    OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS N.º solicitud: 200930468 ESPAÑA
    Fecha de presentación de la solicitud: 16.07.2009
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA
    Fecha de prioridad: 00-00-0000 00-00-0000 00-00-0000
    51 Int. Cl. :
    F28D 20/00 (2006.01)
    DOCUMENTOS RELEVANTES
    Categoría
    56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
    X
    US 2007209365 A1 (HAMER et al.) 13.09.2007, resumen; 1,4,9-11
    párrafos 18,19,24,25,27,29,32,48,55,74-76,81,91-93,101,102,114,
    115,135,212,213; figuras 1,3a.
    X
    WO 7901004 A1 (SOLAR DYNAMICS LTD) 29.11.1979, resumen; 1-3,9-11
    página 2, línea 35 -página 3, línea 21; página 5,
    línea 30 -página 6, línea 16; página 10, línea 20 -página 11,
    línea 19; página 11, líneas 32-36; página 12, líneas 1-28;
    página 18, línea 32 -página 19, líneas 23-35; figuras 1,8.
    X
    GB 2042158 A (ISOPAG AG) 17.09.1980, resumen; página 1, 1,2,9
    línea 129 -página 2, línea 1; figura 1.
    X
    US 3991936 A (SWITZGABLE et al.) 16.11.1976, resumen; columna 3, 1,3,4
    línea 51 -columna 4, línea 46; columna 5, líneas 32-34; figura.
    X
    US 3079087 A (HERRICK et al.) 26.02.1963, columna 2, 1,4
    línea 1 -columna 3, línea 10; figura 1.
    Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
    El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
    Fecha de realización del informe 18.10.2010
    Examinador P. del Castillo Penabad Página 1/4
    Nº de solicitud: 200930468
    INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TÉCNICA
    Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) F28D Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda
    utilizados) INVENES, EPODOC
    Informe sobre el Estado de la Técnica (hoja adicional) Página 2/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200930468
    Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 18.10.2010
    Declaración
    Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
    Reivindicaciones 2, 3, 5-8 Reivindicaciones 1, 4, 9-11 SÍ NO
    Actividad inventiva
    Reivindicaciones _____________________________________ SÍ
    (Art. 8.1 LP11/1986)
    Reivindicaciones 1-11 NO
    Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).
    Base de la Opinión.-
    La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como ha sido publicada.
    Informe sobre el Estado de la Técnica (Opinión escrita) Página 3/4
    OPINIÓN ESCRITA
    Nº de solicitud: 200930468
    1. Documentos considerados.-
    A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.
    Documento
    Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
    D01
    US 2007209365 A1 13.09.2007
    D02
    WO 7901004 A1 29.11.1979
  12. 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración
    Se considera que el documento D01 es, del estado de la técnica, el más próximo al objeto reivindicado.
    El documento D01 (resumen; párrafos 18, 19, 24, 25, 27, 29, 32, 48, 55, 74-76, 81, 91-93, 101, 102, 114, 115, 135, 212, 213; figuras 1 y 3a) divulga (las referencias entre paréntesis se refieren a D01) un sistema de almacenamiento energético por incremento de temperatura que comprende un recipiente (38) recubierto con aislamiento térmico (44), que contiene un material de almacenamiento térmico (36), medios de aporte de calor (16) basados en resistencias (18) y medios de extracción de energía
    (35) que consisten en un intercambiador de calor que genera vapor para su utilización en un ciclo, por ejemplo Rankine.
    Por tanto las reivindicaciones 1, 4 y 9-11 de la solicitud no son nuevas.
    El documento D02 describe (resumen; página 2 línea 35-página 3 línea 21, página 5 línea 30-página 6 línea 16, página 10 línea 20-página 11 línea 19, página 11 líneas 32-36, página 12 líneas 1-28, página 18 línea 32-página 19 líneas 23-35; figuras 1 y 8) un acumulador de calor aislado y con una pared de hormigón. Dicho acumulador contiene una mezcla de sales entre las que se encuentra el cloruro de sodio, y tiene medios de aporte de calor e intercambiadores de calor para la producción de vapor y su utilización en un ciclo Rankine para extracción de energía.
    Teniendo en cuenta este documento las reivindicaciones 1-3 y 9-11 carecen de actividad inventiva.
    Se considera que las reivindicaciones 5-8 no contienen ninguna característica que, en combinación con las características de las reivindicaciones de las que dependen, no sea obvia para el experto en la materia.
    Por todo lo anterior las reivindicaciones 1, 4 y 9-11 de la solicitud no son nuevas y las reivindicaciones 2, 3 y 5-8 de la solicitud son nuevas pero carecen de actividad inventiva según los artículos 6 y 8 de la Ley 11/86 de Patentes.
    Informe sobre el Estado de la Técnica (Opinión escrita) Página 4/4
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