ES2911330T3 - Procedimientos, sistemas y dispositivos para la compresión, expansión y/o almacenamiento de un gas - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para gestionar un sistema de acumuladores de presión con al menos un acumulador de presión, es decir, por un lado, para llenar este último con gas comprimido y/o, por otro lado, a la inversa, para retirar gas comprimido del acumulador de presión, en donde el acumulador (1) de presión está parcialmente lleno de líquido (2) y el resto del volumen está lleno de gas (3) comprimido, en donde la carga del acumulador (1) de presión con una unidad de gas (30) comprimido va acompañada de la retirada de una unidad de líquido (20) del acumulador (1) de presión, utilizándose la unidad de líquido (20) retirada para desplazar la unidad de gas (30) comprimido hacia el acumulador de presión mediante un dispositivo (6) de desplazamiento compuesto por al menos un mecanismo (61) de desplazamiento y al menos un tanque (60) de desplazamiento, o, a la inversa, la retirada de una unidad de gas (30) comprimido del acumulador (1) de presión va acompañada de la carga del acumulador (1) de presión con una unidad de líquido (20), utilizándose la unidad de líquido (20) para retirar la unidad de gas (30) comprimido del acumulador (1) de presión mediante el dispositivo (6) de desplazamiento, en donde el desplazamiento de gas (30) comprimido se realiza hacia o desde el acumulador (1) de presión de manera poco potente, según sea necesario, es decir, que no es necesaria ninguna diferencia de altura entre el acumulador (1) de presión y el dispositivo (6) de desplazamiento, y no es necesario un colchón de gas herméticamente cerrado en el acumulador (1) de presión, y para el desplazamiento de la unidad de líquido (20) solo es necesario superar una diferencia de presión causada por las pérdidas por fricción y flujo, así como una diferencia de presión causada por una posible diferencia de altura existente.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimientos, sistemas y dispositivos para la compresión, expansión y/o almacenamiento de un gas
El presente procedimiento se utiliza para gestionar un acumulador de presión como parte de un sistema de almacenamiento de energía, que consiste en una máquina de trabajo, un tanque colector para recibir líquido, un dispositivo de desplazamiento y un acumulador de presión para almacenar un medio gaseoso a presión. El acumulador de presión se llena hasta cierto punto con un medio líquido para poder controlar el volumen de almacenamiento de gas, yendo acompañada la carga del acumulador de presión con gas a presión de la extracción de líquido. La extracción de gas a presión del acumulador va acompañada de la carga de líquido, en particular para que la presión del acumulador se mantenga constante introduciendo una unidad de gas a presión con la unidad de líquido extraído del acumulador en el acumulador mediante el dispositivo de desplazamiento. A la inversa, una unidad de gas por tomar del acumulador de presión es transportada fuera del acumulador de presión con ayuda de la unidad de líquido introducida en el acumulador de presión. Este procedimiento y esta disposición permiten llenar y vaciar completamente el acumulador de presión con gas a presión, lo que conduce a una mejor utilización del volumen del acumulador de presión y aumenta así la densidad de energía del sistema de almacenamiento de energía. Además, se minimizan las fluctuaciones de presión en el acumulador, lo que reduce las cargas en el acumulador y minimiza los flujos de calor dentro y fuera del acumulador. La máquina de trabajo puede optimizarse para un punto de funcionamiento, independientemente del nivel de llenado del acumulador de presión, lo que conlleva otras ventajas.
Los sistemas de almacenamiento de energía tales como, por ejemplo, una batería o una planta de energía de almacenamiento por bombeo, se utilizan para almacenar energía, que vuelve a estar disponible en momentos de alta demanda de energía. El almacenamiento de energía se establece en la producción de energía convencional y se requiere cada vez más para la generación de electricidad renovable para evitar el exceso de capacidad en la generación y distribución de electricidad. Dado que, por ejemplo, la energía solar y la energía eólica generadas dependen de las condiciones climáticas locales y, por lo tanto, solo pueden ajustarse mal o no ajustarse en absoluto a la demanda de energía actual, hay demanda de posibilidades para el almacenamiento de energía.
Los sistemas de almacenamiento, que almacenan energía en forma de gas presurizado, utilizan energía fuera de las horas pico para comprimir un medio gaseoso, principalmente aire ambiental, y almacenan el gas presurizado en un acumulador. La energía almacenada en el gas presurizado se puede recuperar utilizando el gas presurizado para accionar un expansor que, por ejemplo, acciona un generador. Este concepto se conoce en varias formas como CAES, una abreviatura de “Compressed Air Energy Storage” (Almacenamiento de energía de aire comprimido). En la siguiente descripción de la invención, se puede utilizar el término “aire”, aunque, por supuesto, se puede emplear una amplia variedad de medios gaseosos según la invención tales como, por ejemplo, el gas natural, que se toma de la red de tuberías y se almacena a una presión más alta en un acumulador y en un momento posterior se libera nuevamente a la presión de la red de tuberías. En general, el gas que se toma de un primer reservorio se comprime al aumentar la presión y se almacena en un segundo reservorio, que tiene un nivel de presión más alto que el primer reservorio, y/o el gas que se toma del segundo reservorio se expande y se suministra a un tercer reservorio, que se encuentra a un nivel de presión más bajo que el segundo reservorio, pudiendo este “tercer reservorio” ser el primer reservorio.
Cuando se comprime el aire, casi toda la energía de compresión utilizada se convierte en calor, que se elimina del aire comprimido durante la compresión o después para poder almacenar el aire comprimido a temperaturas moderadas. Si el calor se disipa principalmente durante la compresión, el aire comprimido se calienta menos que si el calor solo se disipa del aire después de la compresión. Dependiendo de la diferencia de temperatura máxima del aire (diferencia entre la temperatura del aire al comienzo de la compresión y la temperatura máxima durante la compresión), se habla de compresión isotérmica (el calor se disipa en gran medida durante la compresión y la diferencia de temperatura permanece mínima), compresión politrópica (el calor se elimina parcialmente durante la compresión y la diferencia de temperatura está entre la diferencia mínima y máxima) o compresión adiabática (el calor se elimina principalmente después de la compresión, lo que da como resultado una diferencia de temperatura máxima). Lo mismo se aplica a la expansión del aire comprimido, solo que aquí se invierte el flujo de calor. Si se agrega calor al aire comprimido durante la expansión, el aire se enfría menos que si solo se agrega calor al aire antes o después de la expansión, en donde el aire experimenta una diferencia de temperatura máxima. Una diferencia en la ejecución de los diversos conceptos CAES radica en dónde y a qué diferencia de temperatura fluye el calor antes, durante y/o después de la compresión y de dónde proviene el calor para la expansión del aire comprimido y a qué diferencia de temperatura se suministra calor antes, durante y/o después de la expansión del aire.
Además del tipo de compresión y expansión (isotérmica, politrópica, adiabática/mono- o multietapa/con máquina de trabajo reversible o con compresor y máquina de expansión por separado, con combustión de combustibles), los conceptos CAES se diferencian por el tipo de concepto de acumulador de presión utilizado. Aquí se distingue si se utiliza un volumen del acumulador de presión constante o variable. Si se carga o descarga un volumen constante del acumulador con aire comprimido, la presión del aire comprimido en el acumulador cambia linealmente con la cantidad almacenada de aire comprimido. Esto requiere una máquina de trabajo que pueda adaptarse a la presión del acumulador y, en general, evita que el acumulador de presión se vacíe por completo, ya que la máquina de trabajo solo puede trabajar en cierto intervalo de presión. Como resultado, siempre debe permanecer cierta cantidad de aire comprimido en el acumulador de presión para no caer por debajo de la presión mínima de trabajo de la máquina en funcionamiento. Dependiendo del acumulador, la presión solo puede fluctuar dentro de cierto intervalo para no sobrecargar demasiado el acumulador, lo que también hace que sea imposible vaciar completamente el acumulador. Los flujos de calor térmico que entran y salen del acumulador de presión tampoco son despreciables, ya que el aire comprimido en el acumulador de presión también se comprime o expande durante el llenado y el vaciado.
Al cargar o descargar un acumulador con volumen de acumulador variable, se puede controlar el cambio de presión del aire comprimido en el acumulador. Esto se hace normalmente con el objetivo de mantener constante la presión del aire en el acumulador de presión o al menos dentro de cierto intervalo durante el llenado o descarga del acumulador de presión. Una presión constante del acumulador hace posible llenar y vaciar completamente el acumulador de presión con aire comprimido sin tener que ajustar los parámetros de funcionamiento de la máquina de trabajo al nivel de llenado. Además, el acumulador de presión experimenta fluctuaciones de presión nulas o mínimas, lo que reduce las cargas en el acumulador de presión. Los flujos de calor dentro y fuera del acumulador de presión también se minimizan.
A la hora de implementar los diversos conceptos surgen diversos problemas técnicos, los cuales se muestran a continuación. Por ejemplo, los documentos DE19803002892/ US4392354 revelan una disposición de un acumulador parcialmente lleno de agua, en el que la presión del aire comprimido en el acumulador se mantiene constante mediante una columna de agua. Para absorber el agua desplazada cuando el acumulador se carga con aire comprimido, debe haber un recipiente colector en la parte superior de la columna de agua. Con una presión de acumulador de 60 bar, por ejemplo, la columna de agua debe tener una altura de 600 m, lo cual genera una dependencia geográfica para el acumulador.
El documento US20120174569 A1/US9109512 B2 muestra una disposición con un depósito colector más alto y un compresor/expansor de pistón de 2 etapas accionado hidráulicamente. Cuando se vacía el acumulador de presión, la presión mínima en el acumulador de presión se mantiene con la presión hidrostática de la columna de agua. Para llevar el acumulador de presión a un nivel de presión más alto que el que permite la diferencia de altura entre el acumulador de presión y el recipiente colector, el recipiente colector solo tiene que estar aislado del acumulador de presión. Tan pronto como la presión en el acumulador corresponde a la presión hidrostática de la columna de agua cuando se descarga el acumulador, el recipiente colector se vuelve a conectar al acumulador y mantiene la presión por encima de la presión mínima del acumulador a medida que el acumulador se vacía más. Aquí también existe una dependencia geográfica para un recipiente colector más alto.
Los documentos US20120305411A1/US8801332B2 muestran una construcción de un acumulador de presión, que se instala bajo el agua. En el extremo inferior del acumulador de presión, hay una abertura a través de la cual la presión hidrostática empuja el agua hacia el acumulador de presión. El aire comprimido entra o sale del contenedor mediante una máquina en funcionamiento ubicada sobre el nivel del agua. Hay otras versiones de acumuladores de presión (constante) bajo el agua, por ejemplo, en forma de un globo lleno de aire que se mantiene bajo el agua. Todas estas configuraciones dependen de la geografía, y el acumulador experimenta una fuerza de flotación del aire comprimido almacenado que debe compensarse para mantener el acumulador sumergido.
Además, del estado de la técnica según el documento WO1993006367A1, se conoce un sistema en el que dos cavernas de sal lavada están parcialmente llenas de líquido y presentan una conexión fluídica por el lado del líquido y por el lado del gas. Tales domos de sal para fregar cavernas de sal solo están disponibles en muy pocas áreas geográficas seleccionadas. El sistema solo se puede configurar y operar en dichas regiones y, por lo tanto, solo se puede implementar de manera muy limitada. Al llenar la caverna inferior con aire comprimido, la fluctuación de presión en la caverna se reduce mediante la eliminación simultánea de líquido. El sistema se basa en un recipiente colector más alto y las dos cavernas deben ubicarse a diferentes profundidades, lo que corresponde a una dependencia geográfica. Si la diferencia de altura existente es demasiado pequeña, es decir, la presión hidrostática es menor que la presión en la caverna de abajo, la presión en la caverna se regula con un motor de líquido o una bomba de líquido. Este motor de líquido o esta bomba de líquido reduce la eficiencia global y el consumo de energía o la potencia de salida del sistema. El sistema según el documento WO1993006367A1, y en particular el ejemplo de realización según la Figura 6 se basa generalmente en una diferencia de altura considerable entre el acumulador 4 de presión, el “tanque de desplazamiento” 5 y el recipiente 21 colector. Para utilizar el proceso de manera análoga a la presión hidrostática de una columna de líquido y lograr una densidad de energía técnicamente utilizable para el almacenamiento de energía, se necesita una diferencia de altura de más de 100 metros. De este modo, se puede lograr una densidad de energía en un orden de magnitud mínimo significativo de alrededor de 1 kWh/m3. Además, se trata de un sistema de aire cerrado, en el que un volumen de aire sellado herméticamente se comprime sobre las dos cavernas para almacenar energía, lo que conlleva una serie de desventajas. A la misma presión de operación, un sistema de aire cerrado en general presenta una densidad de energía significativamente más baja que los sistemas de aire abierto, ya que la masa de aire total está predefinida y no es posible introducir masa de aire adicional en el sistema. Esto da como resultado un sistema con una menor densidad de energía a la misma presión de operación. Por el contrario, con los sistemas al aire libre, la masa de aire se puede agregar o eliminar repetidamente del sistema con la ayuda de un proceso cíclico.
Para eliminar la dependencia geográfica o la diferencia de altitud requerida, como se muestra en el documento WO2012160311A2 , la presión en el acumulador de presión se puede controlar con un líquido expandiendo el líquido desde el acumulador de presión por medio de un motor de líquido hacia un recipiente colector cuando el acumulador de presión se carga con aire comprimido, que no tiene que presentar una diferencia de altura. Por el contrario, cuando se extrae aire comprimido del acumulador, se bombea fluido desde el sumidero al acumulador para controlar la presión en el acumulador. Esto tiene la desventaja de que la eficiencia general y el consumo total de energía del sistema (en relación con la capacidad instalada del compresor/expansor de aire y la capacidad del motor/bomba de líquido) se vuelve menor, porque al comprimir el aire y llenar el acumulador de presión, el líquido debe expandirse simultáneamente desde el acumulador de presión y, a la inversa, al expandir el aire, el líquido debe bombearse simultáneamente hacia el acumulador de presión.
La enseñanza según los documentos WO2008023901 A1/US20090200805 A1/US7663255 B2 elimina la dependencia geográfica y el problema de la reducción de potencia y eficiencia causada por una bomba/motor de líquido adicional al exigir que, además del primer acumulador de presión, que está parcialmente lleno de líquido y conectado al compresor/expansor de aire, haya un segundo acumulador de presión también parcialmente lleno de líquido. Este segundo acumulador de presión está sellado herméticamente en el lado del gas y conectado al primer acumulador de presión a través de una línea, de modo que, cuando el primer acumulador de presión se carga con aire comprimido, una bomba de líquido integrada en la línea bombea líquido del primero al segundo acumulador de presión y comprime allí el gas encerrado. Cuando el primer depósito de presión está vacío, es decir, lleno de líquido, el gas contenido en el segundo acumulador de presión recibe la presión mínima del sistema. Cuando el primer acumulador de presión está lleno de aire comprimido y el líquido ha sido bombeado al segundo acumulador de presión, la presión en el segundo tanque de presión es muchas veces mayor que en el primer tanque de presión. El segundo acumulador puede almacenar poca energía en relación con la presión máxima de funcionamiento y su volumen, lo que encarece el sistema.
En consecuencia, es el objeto de la presente invención crear un sistema acumulador de presión estructuralmente simple, económico y fiable que sea capaz de controlar la presión del aire comprimido en el acumulador de presión al cargar o descargar el acumulador de presión con aire comprimido con un líquido,
• en primer lugar, sin tener que depender de la presión hidrostática de una columna de líquido (recipiente elevado o depósito submarino), es decir, no es necesaria una diferencia de altura entre dos contenedores,
• y en segundo lugar, sin necesidad de un colchón de gas herméticamente sellado en uno o más acumuladores a presión y/o en otros recipientes,
• y en tercer lugar, sin el inconveniente de la mencionada reducción de rendimiento y eficiencia, es decir, que para el desplazamiento del líquido solo es necesario superar una diferencia de presión provocada por la fricción y las pérdidas de caudal y una diferencia de presión provocada por cualquier diferencia de altura que pueda haber,
y con la ventaja de una alta densidad de energía en el sistema, y con un buen control sobre los flujos de calor dentro y fuera del sistema, que complementa el actual sistema de acumulación con una eficiente y flexible generación de calor y frío.
Esta tarea se lleva a cabo mediante un sistema acumulador de acuerdo con las características de la reivindicación de patente 1 para un procedimiento y según las características de la reivindicación 8 para un dispositivo para la realización del procedimiento.
La capacidad de controlar la presión en el acumulador de presión cuando se llena con gas comprimido o se extrae gas comprimido con un líquido, en particular manteniéndola constante,
• en primer lugar, sin tener que depender de la presión hidrostática de una columna de líquido (recipiente colector elevado o depósito submarino), es decir, sin que sea necesaria una diferencia de altura entre dos contenedores,
• y en segundo lugar, sin necesidad de un colchón de gas herméticamente sellado en uno o más acumuladores a presión y/o en otros recipientes,
• y en tercer lugar, sin el inconveniente de la mencionada reducción de rendimiento y eficiencia, es decir, que para el desplazamiento del líquido solo es necesario superar una diferencia de presión provocada por las pérdidas por fricción y caudal y una diferencia de presión provocada por cualquier diferencia de altura que pueda estar,
será denominada a continuación como llenado de bajo rendimiento del acumulador de presión con gas comprimido cuando sea necesario o como retirada de bajo rendimiento de gas comprimido del acumulador de presión cuando sea necesario o, en general, como desplazamiento de bajo rendimiento de gas comprimido dentro o fuera del acumulador de presión cuando sea necesario. El sistema no depende de ninguna diferencia de altura, pero puede, por ejemplo, trabajar con una diferencia de altura entre dos contenedores de 10 metros, que puede estar dada por un requisito para un sitio de instalación específico, por ejemplo. Con esta diferencia de altura de 10 metros, una columna de agualíquido puede generar una presión hidrostática de 1 bar, que técnicamente no es utilizable para el almacenamiento de energía debido a la baja densidad de energía. La máxima densidad de energía que se puede lograr a través de esta presión hidrostática de 1 bar se da cuando el depósito de compensación o el nivel de presión inferior está a 1 bar de presión ambiental y la presión de almacenamiento se puede duplicar de 1 bar a 2 bar con la presión hidrostática. Entonces resulta la siguiente densidad de energía:
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Esta baja densidad de energía no es técnicamente utilizable para almacenar energía. Las densidades de energía técnicamente significativas para el almacenamiento de energía comienzan en alrededor de 1 kWh/m3. Los sistemas que logran una densidad de energía significativa de esta magnitud con presión hidrostática dependen de diferencias de altura significativas de más de 100 metros. Por lo tanto, estos procedimientos, sistemas y dispositivos de la presente invención requeridos para la implementación de la compresión, expansión y/o almacenamiento de un gas pueden distinguirse claramente de dichos sistemas conocidos. Además, cuando el gas comprimido se desplaza dentro o fuera del acumulador de presión para el desplazamiento del líquido, solo hay una diferencia de presión para superar la fricción y las pérdidas de flujo y una diferencia de presión provocada por cualquier diferencia de altura que pueda estar presente. La diferencia de presión combinada resultante se compone de las pérdidas por fricción y flujo más la presión hidrostática de una columna de agua-líquido, que es de 1 bar a una diferencia de altura de 10 metros, por ejemplo. Con esta diferencia de presión, la reducción de la producción y la eficiencia es más despreciable y el procedimiento de la presente invención se puede usar de manera análoga.
Debido a que la carga del acumulador de presión con aire comprimido va acompañada de la eliminación de líquido del acumulador de presión y el líquido eliminado se usa al mismo tiempo para mover el aire comprimido hacia el acumulador de presión, la presión en el acumulador de presión se puede controlar, en particular, mantenerla constante. El aire comprimido también se puede introducir en el acumulador de presión sin comprimir más el aire comprimido que se encuentra en el acumulador de presión. Después del proceso de desplazamiento para la introducción de aire comprimido en el acumulador de presión, la cantidad de líquido extraída del acumulador de presión se desplaza al recipiente colector para volver a desplazarse al acumulador de presión cuando se extrae el aire comprimido del acumulador de presión.
Para llenar o vaciar el acumulador de presión con máquinas de trabajo (compresor/turbina) de cualquier diseño, se requiere un dispositivo de desplazamiento además del acumulador de presión y el recipiente colector. Este dispositivo de desplazamiento también se puede utilizar como etapa de compresión o como etapa de expansión. El dispositivo de desplazamiento también puede estar dispuesto en paralelo y/o en serie. Dado que el dispositivo de desplazamiento también se puede utilizar como etapa de compresión/expansión, no se requiere necesariamente una máquina de trabajo adicional (compresor/turbina), o al menos una etapa de compresión/expansión en la máquina de trabajo puede ser reemplazada por el dispositivo de desplazamiento.
El fluido en el sistema se puede usar como amortiguador de calor cuando sea necesario para almacenar calor de compresión y luego reutilizar ese calor en expansión para evitar el sobreenfriamiento del sistema. También es posible utilizar el calor de compresión para otros fines (por ejemplo, en edificios para agua caliente y calefacción) y devolver el calor para la expansión desde el entorno al sistema, o viceversa, el calor de compresión puede liberarse al medio ambiente y el calor para la expansión de otras fuentes (por ejemplo, para la refrigeración de edificios) se puede alimentar al sistema. Por supuesto, el calor de compresión se puede usar en otra parte y el calor de expansión se puede obtener de un objeto que se va a enfriar. Esto tiene sentido porque el calor de compresión puede liberarse a un nivel de temperatura diferente del nivel de temperatura al cual el calor de expansión regresa al sistema.
Debido a una presión constante en el acumulador, se eliminan los procesos de compresión o expansión en el propio acumulador, lo que significa que el calor que entra y sale del acumulador también cesa y todo el calor de compresión y/o el frío de expansión se pueden disipar en el compresor o expansor. Esto da como resultado un sistema de acumulador de presión combinado con una generación eficiente de calor o frío al minimizar los flujos de calor que entran y salen del acumulador de presión. Un sistema denominado con trigeneración, un acoplamiento potencia-calorfrío, permite el acoplamiento del sector entre electricidad, generación de calor y frío.
Para eliminar las dependencias dadas de generación de calor y llenado del acumulador de presión, así como generación de refrigeración y vaciado del acumulador de presión y lograr una flexibilidad total con respecto a satisfacer la demanda de electricidad, calor y frío, el sistema del acumulador de presión debe contener al menos dos etapas de compresor/expansión dispuestas en paralelo. De esta manera, se puede generar calor o frío independientemente del nivel de llenado del acumulador de presión, pudiendo comprimirse y expandirse aire al mismo tiempo.
Preferiblemente, el tanque de desplazamiento se llena parcialmente con una masa sólida, que sirve como masa regeneradora. Por ejemplo, el metal o la cerámica, preferiblemente con un área de superficie grande en comparación con el volumen, se pueden usar para eliminar o introducir calor en el aire, que es absorbido o despedido consecutivamente por el líquido o a través de un intercambiador de calor.
No hace falta decir que el líquido puede estar en contacto directo con el aire o puede separarse del aire mediante una amplia variedad de dispositivos de separación de medios tales como, por ejemplo, vejigas, pistones, membranas, etc.
El líquido se puede mover directamente con una bomba/motor de líquido o mediante pistones, que se mueven, por ejemplo, mediante un pistón hidráulico o neumático o mediante un cigüeñal con biela.
La invención se describe a continuación con referencia a las Figuras y se explica su función.
En ellas:
Fig. 1 muestra una disposición esquemática de un sistema acumulador de presión con un dispositivo de desplazamiento. Para poder utilizar el dispositivo de desplazamiento según la invención, se debe disponer de un accionamiento y salida, un acumulador de presión y un recipiente colector;
Fig. 2 muestra la disposición esquemática del sistema acumulador de la Fig. 1 y una realización de ejemplo del dispositivo de desplazamiento;
Fig. 2a-2z muestran todos los diferentes modos de funcionamiento de la disposición de la Fig. 2;
Fig. 2a-2f muestran el modo de funcionamiento “modo de compresión sin poscompresión”;
Fig. 2g-2m muestran el modo de funcionamiento “modo de compresión con poscompresión” ;
Fig. 2n-2s muestran el modo de funcionamiento “modo de expansión sin preexpansión” ;
Fig. 2t-2z muestran el modo de funcionamiento “modo de expansión con preexpansión”;
Fig. 3a-3c muestran posibles realizaciones del dispositivo de desplazamiento con uno o más recipientes de desplazamiento de gas y líquido separados y/o combinados y mecanismos de desplazamiento diseñados como pistones;
Fig. 3a muestra un tanque combinado de desplazamiento de gas y líquido;
Fig. 3b muestra un tanque combinado de desplazamiento de gas y líquido y un tanque separado de desplazamiento de líquido;
Fig. 3c muestra tanques separados de desplazamiento de gas y líquido;
Fig. 4 muestra una posible disposición paralela de dos tanques 60a, 60b de desplazamiento combinados, un tanque 60c de desplazamiento separado y un pistón con un vástago de pistón como mecanismo 61 de desplazamiento;
Fig. 5 muestra otra disposición paralela posible de tanques 60a y 60b de desplazamiento y un pistón como mecanismo 61 de desplazamiento;
Fig. 6 muestra una posible realización paralela de tanques 60a y 60b de desplazamiento y una bomba de líquido como mecanismo 61 de desplazamiento;
Fig. 7 muestra una posible realización en paralelo y en serie de tanques de desplazamiento y bombas de líquido como mecanismos 61a y 61b de desplazamiento, utilizándose el proceso de desplazamiento entre la segunda etapa y el acumulador 1 de presión pero también entre la primera etapa y la segunda etapa; Fig. 8 muestra un separador 31 para separar el líquido 2 que se halla en el acumulador 1 del gas 3 comprimido; Fig. 9 muestra una posible disposición de un regenerador 69 y/o un intercambiador 68 de calor en un tanque 60 de desplazamiento;
Fig. 10 muestra un sistema de almacenamiento de energía como el que se muestra en la Fig. 1, con la diferencia de que el recipiente 7 colector está presurizado a un nivel entre el de la fuente/sumidero 5 de gas y el del acumulador 1 de presión;
Fig. 11 muestra tanques 101, 102, .... de presión combinados para formar un acumulador 1 de presión. La Fig. 1 muestra un acumulador 1 de presión, en parte con un líquido 2 (en este caso, agua) y gas 3 comprimido lleno (en este caso, aire), por lo que el gas y el líquido están en contacto directo o están separados por un dispositivo (no se muestra en la Fig. 1). También se puede ver una máquina 4 de trabajo que está conectada en forma fluida con una fuente de gas/sumidero 5 (en este caso, la atmósfera) y que está en condiciones de extraer gas de la fuente 5 de gas, comprimirlo y transportarlo al acumulador 1 de presión mediante el dispositivo 6 de desplazamiento y/o extraer gas del acumulador 1 de presión mediante el dispositivo 6 de desplazamiento, expandirlo y suministrarlo a la fuente 5 de gas. En este caso, la máquina 4 de trabajo puede constar por separado de un compresor y un expansor y los accionamientos 8 o salidas 8 necesarios o de un compresor/expansor combinado, que puede comprimir y expandir un gas, por lo que la máquina 4 de trabajo también puede tener un diseño de varias etapas. El accionamiento 8 o la salida 8 de la máquina 4 de trabajo es, por ejemplo, un motor eléctrico o un generador que está conectado a la red 9 eléctrica.
Cuando se comprime el gas, se genera electricidad de la red 9 y, a medida que el gas se expande, se alimenta electricidad a la red 9.
El dispositivo 6 de desplazamiento se caracteriza por que, en el lado del gas, puede establecerse una conexión 11, 12 fluídica con la máquina 4 de trabajo y/o el acumulador 1 de presión y por que, en el lado del líquido, puede establecerse una conexión 13, 14 fluídica con el acumulador 1 de presión y/o el recipiente 7 colector, de manera que es posible transportar líquido hacia o desde el acumulador 1 de presión o el recipiente 7 colector y, al mismo tiempo, desplazar, comprimir o expandir el gas que se encuentra en el dispositivo 6 de desplazamiento o en el acumulador 1 de presión.
Al desplazar el fluido del acumulador 1 de presión o el recipiente 7 colector dentro del dispositivo 6 de desplazamiento, el gas que se halla en el dispositivo 6 de desplazamiento se puede desplazar al acumulador 1 de presión o la máquina 4 de trabajo y/o el gas se puede comprimir por medio del dispositivo 6 de desplazamiento, dependiendo de si para el gas en el dispositivo 6 de desplazamiento existe una conexión 11, 12 fluídica con la máquina 4 de trabajo o con el acumulador 1 de presión o si las conexiones 11, 12 están interrumpidas. Las direcciones de flujo a través del dispositivo 6 de desplazamiento y/o las corrientes generadas por la máquina 4 de trabajo a través de las conexiones 10, 11, 12, 13, 14 fluídicas se muestran con flechas.
Al desplazar el líquido del dispositivo 6 de desplazamiento hacia el acumulador 1 de presión o hacia el recipiente 7 colector, el gas puede ser aspirado hacia el dispositivo 6 de desplazamiento desde el acumulador 1 de presión o desde la máquina 4 de trabajo o desplazarse hacia arriba y/o el gas en el dispositivo 6 de desplazamiento puede ser expandido por el dispositivo 6 de desplazamiento, dependiendo de si existe una conexión 11, 12 fluídica para el gas en el tanque de desplazamiento hacia la máquina 4 de trabajo o hacia el acumulador 1 de presión o si las conexiones 11, 12 están interrumpidas.
Con una conexión 11 fluídica existente del dispositivo 6 de desplazamiento a la máquina 4 de trabajo, también puede haber una conexión a la fuente de gas/sumidero 5, o a un gas que está en un nivel de presión entre el del acumulador 1 de presión y el de la fuente de gas/sumidero 5, o a un gas que está en o por encima del nivel de presión del acumulador 1 de presión, o en general a un gas que está en cualquier nivel de presión.
La disposición de la Fig. 1 permite accionar la máquina 4 de trabajo a través de la fuente 9 de alimentación para comprimir gas y alimentar el dispositivo 6 de desplazamiento con el gas comprimido, en el que el gas suministrado puede ser comprimido y desplazado al acumulador 1 de presión o desde el que el gas suministrado puede ser desplazado al acumulador 1 de presión sin mayor compresión del gas. Según la invención, cuando el gas comprimido se desplaza desde el dispositivo 6 de desplazamiento hacia el acumulador 1 de presión, la presión en el acumulador 1 de presión o el volumen de almacenamiento de gas en el acumulador 1 de presión puede controlarse retirando el líquido desplazado por el dispositivo 6 de desplazamiento para el proceso de desplazamiento y/o el proceso de compresión, ya sea desde el acumulador 1 de presión o desde el recipiente 7 colector.
La disposición de la Fig. 1 también permite desplazar el gas comprimido desde el acumulador 1 de presión hacia el dispositivo 6 de desplazamiento y/o expandirlo en él para expandir el gas comprimido y luego ponerlo a disposición de la máquina 4 de trabajo para su posterior expansión, o bien para poner el gas comprimido a disposición de la máquina 4 de trabajo sin expansión previa para su expansión que, a su vez, acciona un generador 8, inyectando así electricidad en la red 9. Según la invención, cuando el gas comprimido se desplaza desde el acumulador 1 de presión hacia el dispositivo 6 de desplazamiento, la presión en el acumulador 1 de presión o el volumen de almacenamiento de gas en el acumulador 1 de presión puede controlarse desplazando líquido desde el dispositivo 6 de desplazamiento hacia el acumulador 1 de presión o hacia el recipiente 7 colector.
La Fig. 2 muestra una posible realización del dispositivo 6 de desplazamiento, que consiste en un tanque 60 de desplazamiento, para proporcionar un volumen de desplazamiento, en donde este volumen puede ser proporcionado por un recipiente independiente, pero también se puede integrar en la máquina 4 de trabajo, o puede estar presente como un volumen de línea entre la máquina 4 de trabajo y el acumulador 1 de presión. A continuación, el dispositivo de desplazamiento incluye un mecanismo 61 de desplazamiento, que se muestra aquí como una bomba 61 de líquido, en donde, en general, la bomba 61 de líquido solo muestra la dirección del flujo y no si se está comprimiendo o expandiendo, y presenta las válvulas 62, 63, 64, 65 , que permiten establecer [ ] o interrumpir [X] una conexión 11, 12, 13, 14 fluídica entre el dispositivo 6 de desplazamiento y la máquina 4 de trabajo, el acumulador 1 de presión y/o el recipiente 7 colector. En general, a continuación no se explica explícitamente qué válvulas establecen o interrumpen una conexión fluídica en qué momento, ya que esto se puede ver en las Figuras y una conexión fluídica establecida también se caracteriza por la dirección del flujo del fluido.
En este punto, también vale la pena mencionar que el mecanismo 61 de desplazamiento, por supuesto, también se debe accionar o frenar, y esto se puede hacer de varias maneras, por ejemplo, mediante una conexión mecánica a la máquina de trabajo y su entrada y salida, o mediante una entrada y salida separadas. Esta conexión mecánica o esta entrada y salida no se muestran en las Fig. 2 y 2a a 2z, ya que la bomba 61 de líquido solo se usa ilustrativamente como mecanismo 61 de desplazamiento. A continuación, se puede suponer en general que para el mecanismo 61 de desplazamiento (en este caso, bomba de líquido) está disponible tanto una potencia de accionamiento como de salida y que, si es necesario, se pueden usar válvulas o dispositivos adicionales, por ejemplo, para cambiar la dirección de acción del mecanismo 61 de desplazamiento o para revertir o cancelar parcial o totalmente o interrumpir su efecto.
Los distintos modos de funcionamiento resultantes de la disposición de la Fig. 2 se explican con referencia a las Fig. 2a a 2z, describiendo las representaciones los estados o los procesos actuales en el sistema en diferentes momentos y debiéndose entender esquemáticamente.
El proceso representado en las Fig. 2a a 2f se denomina en adelante “modo de compresión sin poscompresión”. El modo de compresión se reconoce por el hecho de que la dirección del flujo de gas (al menos en la media de tiempo) apunta desde la fuente 5 de gas hasta la máquina 4 de trabajo. Eso significa que la máquina 4 de trabajo se impulsa para comprimir gas usando para ello electricidad de la red 9. La Fig. 2a muestra el inicio de un proceso de desplazamiento mediante el desplazamiento de una unidad de gas 30 comprimido, que se encuentra en el tanque 60 de desplazamiento, hacia el acumulador 1 de presión. Esto se hace mediante la bomba 61 de líquido que bombea o desplaza una unidad de líquido 20 del acumulador 1 de presión al tanque 60 de desplazamiento, en donde el nivel de líquido sube y, en consecuencia, obliga a la unidad de gas 30 comprimido a entrar en el acumulador 1 de presión, en donde la unidad de gas 30 comprimido ocupa el volumen desocupado por la unidad de líquido 20 que se acaba de retirar del acumulador 1 de presión. Este proceso se muestra en las Fig. 2a a 2c con tres pasos de tiempo sucesivos. Dado que la unidad de líquido 20 y la unidad de gas 30 comprimido se encuentran en el nivel de presión del acumulador 1 de presión durante esta operación, la bomba 61 de líquido solo tiene que aplicar una pequeña cantidad de energía (por ejemplo, pérdidas de flujo, fuerzas gravitacionales, fuerzas de flotación) para mover la unidad de líquido 20 y, por lo tanto, la unidad de gas 30 comprimido en un tiempo determinado.
En las Fig. 2d a 2f, se muestra la continuación temporal del proceso de las Fig. 2a a 2c en el sentido de que la unidad de líquido 20 situada en el tanque de desplazamiento se desplaza desde el tanque 60 de desplazamiento al recipiente 7 colector. Para ello, se interrumpe la conexión 12 fluídica del tanque 60 de desplazamiento con el acumulador 1 de presión y se establece la conexión 11 fluídica entre la máquina 4 de trabajo y el tanque 60 de desplazamiento para que el gas de la máquina 4 de trabajo pueda fluir hacia el tanque 60 de desplazamiento o pueda ser aspirado. Además, la conexión 14 fluídica se establece entre el tanque 60 de desplazamiento y el recipiente 7 colector para que el mecanismo 61 de desplazamiento pueda desplazar la unidad de líquido 20 desde el tanque 60 de desplazamiento al recipiente 7 colector. Es relevante a qué nivel de presión fluye el gas desde la máquina 4 de trabajo hacia el tanque 60 de desplazamiento o es aspirado. Si esto se hace con gas que está, por ejemplo, al nivel de presión de la fuente 5 de gas y el líquido en el recipiente 7 colector está también al nivel de presión de la fuente 5 de gas, entonces la bomba 61 de líquido solo tiene que aplicar una pequeña cantidad de energía (por ejemplo, pérdidas de flujo, fuerzas gravitacionales, fuerzas de flotación) para bombear la unidad de líquido 20 desde el tanque 60 de desplazamiento al recipiente 7 colector en un tiempo determinado. Cuanto mayor sea la diferencia de presión entre el líquido en el tanque 60 de desplazamiento y el líquido en el recipiente 7 colector durante este proceso, más potencia deberá aplicar la bomba 61 de líquido para bombear (comprimir) o frenar (descomprimir) el líquido, dependiendo de si el nivel de presión es mayor en el recipiente 7 colector o en el tanque 60 de desplazamiento. Si el gas presente en el tanque 60 de desplazamiento (como se muestra en la Fig. 2f) no está todavía al nivel de presión deseado, la máquina 4 de trabajo puede continuar suministrando gas en el tanque 60 de desplazamiento sin desplazar líquido hasta que el gas presente en el tanque 60 de desplazamiento haya alcanzado el nivel de presión deseado y haya otra unidad de gas 30 comprimido en el tanque 60 de desplazamiento para su introducción en el acumulador 1 de presión.
Después de eso, la conexión 11 fluídica entre la máquina 4 de trabajo y el tanque 60 de desplazamiento se interrumpe y se establece la conexión 12 fluídica entre el tanque 60 de desplazamiento y el acumulador 1 de presión, y el ciclo comienza con el contenido modificado del acumulador 1 de presión nuevamente con el estado de la Fig. 2a, en donde la unidad de gas 30 comprimido situada en el tanque 60 de desplazamiento se desplaza hacia el acumulador 1 de presión. Si la unidad de gas 30 comprimido en el tanque 60 de desplazamiento estaba al nivel de presión del acumulador 1 de presión antes de que se estableciera la conexión 12 fluídica entre el acumulador 1 de presión y el tanque 60 de desplazamiento, el nivel de presión del acumulador 1 de presión permanecerá constante cuando se repita el proceso de desplazamiento (Fig. 2a a 2f). Si la unidad de gas 30 comprimido está a un nivel de presión inferior al nivel de presión del acumulador 1 de presión antes de que se establezca la conexión 12 fluídica entre el acumulador 1 de presión y el tanque 60 de desplazamiento, el nivel de presión del acumulador 1 de presión disminuirá. Si la unidad de gas 30 comprimido está a un nivel de presión superior al nivel de presión del acumulador 1 de presión antes de que se establezca la conexión 12 fluídica entre el acumulador 1 de presión y el tanque 60 de desplazamiento, entonces el nivel de presión del acumulador 1 de presión aumentará. Así, el nivel de presión del acumulador 1 de presión puede ser controlado durante el llenado con gas comprimido (independientemente del nivel de llenado del acumulador 1 de presión). En este caso, la unidad de gas 30 comprimido en el tanque 60 de desplazamiento no se comprime o solo se comprime ligeramente debido a un cambio en el nivel del líquido en el tanque 60 de desplazamiento. Por ello, este modo de funcionamiento se denomina “modo de compresión sin poscompresión”.
El proceso representado en las Fig. 2g a 2m se denomina en adelante “modo de compresión con poscompresión”. El modo de compresión se reconoce por el hecho de que la dirección del flujo de gas (al menos en la media de tiempo) apunta desde la fuente 5 de gas hacia la máquina 4 de trabajo. Esto significa que la máquina 4 de trabajo se acciona para comprimir el gas y la electricidad se extrae de la red 9. La diferencia con el “modo de compresión sin poscompresión” es que una unidad de gas 30 comprimida por la máquina 4 de trabajo, que se encuentra en el tanque 60 de desplazamiento, no solo se desplaza al acumulador 1 de presión por el aumento del nivel de líquido en el tanque 60 de desplazamiento, sino que también puede comprimirse. Esto se consigue desplazando el líquido del recipiente 7 colector al tanque 60 de desplazamiento por medio de la bomba 61 de líquido, como se muestra en las Fig. 2g y 2h, por lo que la unidad de gas 30 comprimido está encerrada en el tanque 60 de desplazamiento, es decir, en el lado del gas no hay conexión 11, 12 fluidica entre el tanque 60 de desplazamiento y el acumulador 1 de presión o la máquina 4 de trabajo. Cuando se alcanza el nivel de presión deseado en el tanque 60 de desplazamiento, la conexión 14 fluídica entre el recipiente 7 colector y el tanque 60 de desplazamiento puede interrumpirse y establecerse una conexión 12 fluídica entre el tanque 60 de desplazamiento y el acumulador 1 de presión. En las Fig. 2i a 2m, se muestra el proceso de desplazamiento posterior, en el que la unidad de gas 30 poscomprimida situada en el tanque 60 de desplazamiento se introduce en el acumulador 1 de presión y, posteriormente, la unidad de líquido 20 y la cantidad de líquido para la poscompresión se transportan al recipiente 7 colector.
En principio, este proceso es idéntico al del modo de funcionamiento “modo de compresión sin poscompresión” (2b a 2f) y no se explica con más detalle.
Dependiendo de la aplicación, el tanque 60 de desplazamiento puede estar unido directamente con la fuente 5 de gas y el mecanismo 61 de desplazamiento puede proveerse del accionamiento 8 de la máquina 4 de trabajo, para que no se requiera ninguna máquina 4 de trabajo para la precompresión. En lo sucesivo, se puede hablar del “modo de compresión con poscompresión”, incluso si el dispositivo 6 de desplazamiento se utiliza para extraer gas de la fuente 5 de gas y para comprimir este mismo gas sin utilizar una máquina 4 de trabajo en el sistema de acumulador de presión.
El proceso mostrado en las Fig. 2n a 2s se denomina en lo sucesivo "modo de expansión sin preexpansión". El modo de expansión se reconoce por el hecho de que la dirección del flujo de gas (al menos en la media de tiempo) apunta desde la máquina 4 de trabajo hacia el sumidero 5 de gas. Esto significa que la máquina 4 de trabajo expande el gas comprimido y acciona el generador 8, alimentando la electricidad en la red 9. En la Fig. 2n, se puede ver el inicio de un proceso de desplazamiento, en el que una unidad de gas 30 comprimido, que se encuentra en el acumulador 1 de presión, se desplaza al tanque 60 de desplazamiento. Esto se hace mediante la bomba 61 de líquido que desplaza el líquido del tanque 60 de desplazamiento al acumulador 1 de presión, en donde el nivel de líquido sube y, en consecuencia, fuerza el gas comprimido a través de la conexión 12 fluídica hacia el tanque 60 de desplazamiento, en donde la unidad de gas 30 comprimido toma el lugar de la unidad de líquido 20 que se acaba de añadir al acumulador 1 de presión. Este proceso se ilustra en las Fig. 2n a 2p con tres vistas sucesivas. Dado que la unidad de líquido 20 y la unidad de gas 30 comprimido se encuentran en el nivel de presión del acumulador 1 de presión durante esta operación, la bomba 61 de líquido solo tiene que aplicar una pequeña cantidad de energía (por ejemplo, pérdidas de flujo, fuerzas gravitacionales, fuerzas de flotación) para desplazar la unidad de líquido 20 y, por lo tanto, la unidad de gas 30 comprimido en un tiempo determinado.
En las Fig. 2q a 2s, se muestra la continuación temporal del proceso de las Fig. 2n a 2p, en el sentido de que el líquido 20 del recipiente 7 colector se desplaza desde el recipiente 7 colector al tanque 60 de desplazamiento. Para ello, se interrumpe la conexión 12 fluídica del tanque 60 de desplazamiento con el acumulador 1 de presión y se establece la conexión 11 fluídica entre la máquina 4 de trabajo y el tanque 60 de desplazamiento para que el gas pueda fluir desde el tanque 60 de desplazamiento hacia la máquina 4 de trabajo o pueda ser aspirado. Además, la conexión 14 fluídica se establece entre el tanque 60 de desplazamiento y el recipiente 7 colector para que el mecanismo 61 de desplazamiento pueda desplazar el líquido del recipiente 7 colector al tanque 60 de desplazamiento. Es relevante a qué nivel de presión se encuentra el gas en el tanque 60 de desplazamiento. Si, por ejemplo, el gas en el tanque 60 de desplazamiento está al nivel de presión de la fuente 5 de gas y el líquido en el recipiente 7 colector también está al nivel de presión de la fuente 5 de gas, entonces la bomba 61 de líquido solo tiene que aplicar una pequeña cantidad de energía (por ejemplo, pérdidas de flujo, fuerzas gravitacionales, fuerzas de flotación) para bombear el líquido desde el recipiente 7 colector al tanque 60 de desplazamiento en un tiempo determinado. Cuanto mayor sea la diferencia de presión entre el líquido en el tanque 60 de desplazamiento y el líquido en el recipiente 7 colector durante este proceso, mayor será la potencia que deberá aplicar la bomba 61 de líquido para bombear o frenar el líquido, dependiendo de si el nivel de presión es mayor en el recipiente 7 colector o en el tanque 60 de desplazamiento. Si el gas que está en el tanque 60 desplazamiento (como se muestra en la Fig. 2q) no está todavía al nivel de presión deseado, la máquina 4 de trabajo puede primero liberar gas del tanque 60 de desplazamiento sin desplazar líquido hasta que el gas en el tanque 60 desplazamiento haya alcanzado el nivel de presión inferior deseado.
Después de alcanzar el estado mostrado en la Fig. 2s, la conexión 11 fluídica entre la máquina 4 de trabajo y el tanque 60 de desplazamiento se interrumpe y la conexión 12 fluídica entre el tanque 60 de desplazamiento y el acumulador 1 de presión se abre y el ciclo comienza de nuevo con el estado mostrado en la Fig. 2n, con un contenido cambiado del acumulador 1 de presión, por lo que una unidad de gas 30 comprimido situada en el acumulador 1 de presión se desplaza de nuevo al tanque 60 de desplazamiento. Durante la retirada del gas comprimido, el nivel de presión del acumulador 1 de presión permanece constante, por lo que la unidad de gas 30 comprimido en el tanque 60 de desplazamiento no se expande o se comprime ligeramente por un cambio en el nivel del líquido en el tanque 60 de desplazamiento. Por ello, este modo de funcionamiento se denomina "modo de expansión sin preexpansión".
El proceso descrito en las Fig. 2t a 2z se denomina en lo sucesivo “modo de expansión con preexpansión”. El modo de expansión se reconoce por el hecho de que la dirección del flujo de gas (al menos en la media de tiempo) apunta desde la máquina 4 de trabajo hacia el sumidero 5 de gas. Esto significa que la máquina 4 de trabajo expande el gas comprimido y acciona el generador 8, inyectando electricidad en la red 9. La diferencia con el “modo de expansión sin preexpansión” es que una unidad de gas 30 comprimido (como se muestra en las Fig. 2t a 2u) tomada del acumulador 1 de presión y situada en el tanque 60 de desplazamiento no solo se desplaza por el descenso del nivel de líquido en el tanque 60 de desplazamiento, sino que también puede expandirse. Esto se consigue desplazando el líquido desde el tanque 60 de desplazamiento al recipiente 7 colector por medio de la bomba 61 de líquido, como se muestra en las Fig. 2v y 2w, por lo que la unidad de gas 30 comprimido está encerrada en el tanque 60 de desplazamiento, es decir, en el lado del gas no hay conexión 11, 12 fluídica entre el tanque 60 de desplazamiento y el acumulador 1 de presión o la máquina 4 de trabajo. Cuando se alcanza el nivel de presión deseado en el tanque 60 de desplazamiento, se puede establecer la conexión 11 fluídica entre el tanque 60 de desplazamiento y la máquina 4 de trabajo. En las Fig. 2x a 2z, se muestra el siguiente proceso de desplazamiento, en el que la unidad de gas 30 preexpandido en el tanque 60 de desplazamiento se desplaza hacia la máquina 4 de trabajo. Este proceso es en principio idéntico al del modo de funcionamiento “modo de expansión sin preexpansión” (Fig. 2q a 2s) y no se explica más abajo.
Si se requiere, el proceso que se muestra en las Fig. 2t y 2u también podría llevarse a cabo con una conexión 14 fluídica existente entre el tanque 60 de desplazamiento y el recipiente 7 colector en lugar de una conexión 13 fluídica existente entre el tanque 60 de desplazamiento y el acumulador 1 de presión. En este caso, el nivel de presión en el acumulador 1 de presión descendería. O bien, el proceso, como se muestra en la Fig. 2v y 2w, se lleva a cabo con una conexión 13 fluídica existente entre el tanque 60 de desplazamiento y el acumulador 1 de presión en lugar de una conexión 14 fluídica existente entre el tanque 60 de desplazamiento y el recipiente 7 colector. Entonces aumenta el nivel de presión en el acumulador de presión. Por lo tanto, el nivel de presión del acumulador 1 de presión se puede controlar durante la extracción de gas comprimido (independientemente del nivel de llenado).
Dependiendo de la aplicación, el tanque 60 de desplazamiento puede estar conectado directamente a la fuente 5 de gas y el mecanismo 61 de desplazamiento puede estar provisto de la salida 8 de la máquina 4 de trabajo, de modo que no se requiera ninguna máquina 4 de trabajo para la posexpansión. En lo sucesivo, se puede hacer referencia al “modo de expansión con preexpansión”, incluso si el dispositivo 6 de desplazamiento se utiliza para retirar gas del acumulador 1 de presión y para expandir este mismo gas sin utilizar una máquina 4 de trabajo en el sistema de acumuladores de presión.
Las Fig. 3a a 3c pretenden aclarar lo que se entiende por un tanque 60 de desplazamiento de gas y líquido combinado o de gas o líquido separado, sin describir de manera concluyente las posibles combinaciones de tanques de desplazamiento separados o combinados. Por ejemplo, se utilizan uno o más pistones como mecanismo 61 de desplazamiento. El pistón y el vástago sustituyen a la bomba de fluido, que sirve de mecanismo 61 de desplazamiento en las Fig. 2, 2a a 2z, entre otras. El movimiento del pistón, que se muestra con una flecha más grande, está controlado por el vástago del pistón y tiene una entrada y una salida, que no se muestra en las Fig. 3a a 3c. El pistón también puede asumir una función de separación para separar medios (gas/gas, líquido/gas, líquido/líquido). El acumulador 1 de presión, el recipiente 7 colector y otros componentes, como la máquina 4 de trabajo, no se muestran en las Fig. 3a a 3c, ya que tienen la misma función que en las Figuras anteriores. Las realizaciones mostradas del dispositivo 6 de desplazamiento pueden utilizarse para los modos de funcionamiento “modo de compresión sin poscompresión” o “modo de compresión con poscompresión”, así como “modo de expansión sin preexpansión” o “modo de expansión con preexpansión”. Los pasos individuales del proceso de compresión y expansión corresponden a los procedimientos mostrados en las Fig. 2a a 2z y no se explican en detalle de nuevo.
La Fig. 3a muestra un dispositivo 6 de desplazamiento que comprende, entre otras cosas, un tanque 60 combinado de desplazamiento de gas y líquido y un pistón con un vástago de pistón, que sirve como mecanismo 61 de desplazamiento. El pistón puede servir para separar gas y líquido. Desde el tanque 60 de desplazamiento combinado se puede establecer, por el lado del gas, una conexión 11 fluídica con la máquina 4 de trabajo o una fuente/sumidero de gas 5 y/o una conexión 12 fluídica con el acumulador 1 de presión y, por el lado del líquido, una conexión 13 fluídica con el acumulador 1 de presión y/o una conexión 14 fluídica con el recipiente 7 colector.
La Fig. 3b muestra un dispositivo 6 de desplazamiento que comprende, entre otras cosas, un tanque 60a combinado de desplazamiento de gas y líquido, un tanque 60b separado de desplazamiento de líquido y un pistón con vástago que sirve de mecanismo 61 de desplazamiento. El pistón puede utilizarse para separar líquidos. Existe una conexión fluídica entre los tanques 60a y 60b de desplazamiento, a través de la cual el mecanismo 61 de desplazamiento puede mover el fluido en ambas direcciones. Desde el tanque 60a de desplazamiento combinado, se puede establecer una conexión 11 fluídica con la máquina 4 de trabajo o con la fuente/sumidero de gas 5 y/o una conexión 12 fluídica con el acumulador 1 de presión en el lado del gas. Desde el tanque 60b de desplazamiento de fluido, en el lado del fluido, se puede establecer una conexión 13 fluídica con el acumulador 1 de presión y/o una conexión 14 fluídica con el recipiente 7 colector.
La Fig. 3c muestra un dispositivo 6 de desplazamiento que comprende, entre otras cosas, un tanque 60a de desplazamiento de gas separado, un tanque 60b de desplazamiento de líquido separado y dos pistones con vástagos que sirven de mecanismo 61 de desplazamiento. Los pistones están conectados por un mecanismo de manivela, como se muestra esquemáticamente, aunque también es posible una conexión rígida de los vástagos de los pistones, pero esto requeriría que los tanques 60a, 60b de desplazamiento estuvieran dispuestos en línea. Los tanques 60a y 60b de desplazamiento están conectados mecánicamente por el mecanismo 61 de desplazamiento. Esto permite dividir el líquido y el gas entre dos tanques de desplazamiento diferentes. Opcionalmente, se puede colocar un colchón de líquido adicional en el pistón del tanque 60a de desplazamiento de gas para favorecer cualquier propiedad y proceso deseados, como el control de la transferencia de calor desde y hacia el gas o para minimizar el volumen de espacio muerto del tanque 60a de desplazamiento. Desde el tanque 60a de desplazamiento de gas, puede establecerse una conexión 11 fluídica en el lado del gas hacia la máquina 4 de trabajo o la fuente/sumidero de gas 5 y/o una conexión 12 fluídica hacia el acumulador 1 de presión. Desde el tanque 60b de desplazamiento de fluido, en el lado del fluido, se puede establecer una conexión 13 fluídica con el acumulador 1 de presión y/o una conexión 14 fluídica con el recipiente 7 colector.
La Fig. 4 muestra una posible disposición en paralelo de dos tanques 60a, 60b de desplazamiento de gas y líquido combinados, un tanque 60c de desplazamiento de líquido separado y un pistón con vástago como mecanismo 61 de desplazamiento. El acumulador 1 de presión, el recipiente 7 colector y otros componentes como la máquina 4 de trabajo no se muestran en la Fig. 4, ya que tienen la misma función que en las Figuras anteriores. Entre los tanques 60a y 60c o 60b y 60c de desplazamiento, puede establecerse una conexión fluídica a través de la cual el mecanismo 61 de desplazamiento puede transportar fluido en ambas direcciones. Desde los tanques 60a y 60b de desplazamiento, se puede establecer una conexión 11 fluídica con la máquina 4 de trabajo o la fuente/sumidero de gas 5 y/o una conexión 12 fluídica con el acumulador 1 de presión en el lado del gas. Desde el tanque 60c de desplazamiento de fluido, puede establecerse una conexión 13 fluídica con el acumulador 1 de presión y/o una conexión 14 fluídica con el recipiente 7 colector en el lado del fluido. En esta variante del dispositivo 6 de desplazamiento, el mecanismo 61 de desplazamiento actúa alternativamente sobre los tanques 60a y 60b de desplazamiento. Como resultado, se dispone de más tiempo en los tanques 60a y 60b de desplazamiento para el proceso de compresión o expansión con un perfil de rendimiento similar del mecanismo 61 de desplazamiento para favorecer cualquier propiedad y proceso termodinámico deseado, tales como la optimización y el control de la transferencia de calor desde y hacia el gas.
Las Fig. 5 y 6 muestran disposiciones paralelas de tanques de desplazamiento, que permiten desplazar líquido entre los tanques 60a, 60b de desplazamiento en los modos de funcionamiento “modo de compresión con poscompresión” y “modo de expansión con preexpansión” y el acumulador 1 o el recipiente 7 colector, pero también entre los tanques 60a, 60b de desplazamiento incluso por medio del mecanismo 61 de desplazamiento. La secuencia cronológica de este proceso se explica con referencia a las Fig. 6a a 6y.
El acumulador 1 de presión, el recipiente 7 colector y otros componentes como la máquina 4 de trabajo no se muestran en las Fig. 6a a 6y, ya que tienen la misma función que en las Figuras anteriores.
La Fig. 5 muestra una posible disposición paralela de los tanques 60a, 60b de desplazamiento y un pistón como mecanismo 61 de desplazamiento. El dispositivo 6 de desplazamiento mostrado comprende, entre otras cosas, dos tanques 60a y 60b de desplazamiento de gas y líquido combinados, un tanque 60c de desplazamiento de líquido separado y un pistón con vástago que sirve como mecanismo 61 de desplazamiento. Puede establecerse una comunicación fluídica entre cada uno de los tanques 60a y 60c y 60b y 60c de desplazamiento, respectivamente, por lo que el mecanismo 61 de desplazamiento puede, entre otras cosas, desplazar fluido entre los tanques 60a y 60b de desplazamiento en ambas direcciones. Desde los tanques 60a y 60b de desplazamiento, se puede establecer una conexión 11 fluídica con la máquina 4 de trabajo o la fuente/sumidero de gas 5 y/o una conexión 12 fluídica con el acumulador 1 de presión en el lado del gas. Desde el tanque 60c de desplazamiento de fluido, puede establecerse una conexión 13 fluídica con el acumulador 1 de presión y/o una conexión 14 fluídica con el recipiente 7 colector en el lado del fluido. En esta variante de realización del dispositivo 6 de desplazamiento, el mecanismo 61 de desplazamiento puede actuar, opcionalmente, tanto de forma alternativa como simultánea sobre los tanques 60a y 60b de desplazamiento.
Las Fig. 6 y 6a a 6y muestran una posible realización paralela de los tanques 60a y 60b de desplazamiento y una bomba de fluido como mecanismo 61 de desplazamiento. Desde los tanques 60a y 60b de desplazamiento combinados de gas y fluido, puede establecerse una conexión 11 fluídica en el lado del gas a la máquina 4 de trabajo o a la fuente/sumidero de gas 5 y/o una conexión 12 fluídica al acumulador 1 de presión. Además, en el lado del fluido, puede establecerse una conexión 13 fluídica con el acumulador 1 de presión, una conexión 14 fluídica con el recipiente 7 colector y/o una conexión fluídica entre los tanques 60a y 60b de desplazamiento. Junto con las válvulas 64 y 65, el bloque 66 de válvulas, compuesto por cuatro válvulas individuales, permite definir la dirección del flujo de fluido a través de la bomba 61 de fluido desde/hacia los tanques 60a y 60b de desplazamiento, desde/hacia el recipiente 7 colector y desde/hacia el depósito 1 de presión. Esto significa que el fluido puede desplazarse opcionalmente en ambas direcciones entre un tanque 60a o 60b de desplazamiento y el acumulador 1 de presión 1, el recipiente 7 colector o entre los propios tanques 60a y 60b de desplazamiento.
En las Fig. 6a a 6c, se muestra la secuencia temporal de la compresión de una unidad de gas 30 dentro de un tanque 60a de desplazamiento. El líquido es desplazado desde el tanque 60b de desplazamiento paralelo por el mecanismo 61 de desplazamiento hacia el tanque 60a de desplazamiento para comprimir la unidad de gas 30, por lo que el gas fluye hacia el tanque 60b de desplazamiento a través de la conexión 11 fluídica. Una vez que la unidad de gas 30 ha alcanzado el nivel de presión deseado, se realizan conexiones 12 y 13 fluídicas entre el tanque 60a de desplazamiento y el acumulador 1, como se muestra en la Fig.6d, para desplazar la unidad de gas 30 comprimido al acumulador 1 de presión mediante el mecanismo 61 de desplazamiento, utilizando el procedimiento ya descrito, en el que se extrae una unidad de líquido 20 del acumulador 1 de presión para desplazar la unidad de gas 30 comprimido desde el tanque 60a de desplazamiento al acumulador 1 de presión con baja potencia. En la Fig. 6e, se muestra la operación de desplazamiento completada, en la que la unidad de líquido 20 se encuentra en el tanque 60a de desplazamiento para ser desplazada al recipiente 7 colector, como se muestra en las Fig. 6f y 6g, estableciendo la conexión 14 fluídica entre el dispositivo 6 de desplazamiento y el recipiente 7 colector. Al establecer la conexión 11 fluídica entre el dispositivo 6 de desplazamiento y la máquina 4 de trabajo o directamente a la fuente 5 de gas, el gas puede fluir así hacia el tanque 60a de desplazamiento. Como se muestra en las Fig. 6h a 6j, se repite la operación de compresión de una unidad de gas 30 situada en el tanque 60b de desplazamiento para ser desplazada al acumulador 1 de presión como se muestra en las Fig. 6k y 6I, retirándose una unidad de líquido 20 del acumulador 1 de presión para ser desplazada al recipiente 7 colector como se muestra en las Fig. 6m y 6n. Las operaciones de las Fig. 6h a 6n no se explican en detalle, ya que corresponden en principio a las operaciones de las Fig.6a a 6g. La Fig. 6o muestra entonces la continuación temporal, en la que el estado del dispositivo 6 de desplazamiento vuelve a corresponder al estado de la Fig. 6a y se puede repetir todo el proceso de compresión del gas y su introducción en el acumulador 1 de presión.
Las Fig. 6p a 6y muestran la secuencia de tiempo para extraer gas 3 comprimido utilizando el dispositivo 6 de desplazamiento del acumulador 1 de presión y llevarlo a un nivel de presión más bajo en el modo de funcionamiento “modo de expansión con precompresión”.
En las Fig. 6p y Fig. 6q, se puede ver la secuencia temporal de la retirada de una unidad de gas 30 comprimido del acumulador 1 de presión mediante el desplazamiento de una unidad de líquido 20 desde el tanque 60a de desplazamiento al acumulador 1 de presión por medio del dispositivo 6 de desplazamiento y el establecimiento de las conexiones 12 y 13 fluídicas entre el dispositivo 6 de desplazamiento y el acumulador 1 de presión. Como se muestra en las Fig. 6r a 6t, las conexiones 12 y 13 fluídicas entre el tanque 6a de desplazamiento y el acumulador 1 de presión se desconectan entonces y se establece una conexión fluídica entre los tanques de desplazamiento 6a y 6b mediante la conmutación de la válvula 66, por lo que la unidad de gas 30 comprimido en el tanque 60a de desplazamiento se expande desplazando líquido hacia el tanque 60b de desplazamiento en forma controlada mediante el mecanismo 61 de desplazamiento. El gas expandido en el tanque 60b de desplazamiento se alimenta así a través de la conexión 11 fluídica a la máquina 4 de trabajo o directamente al sumidero 5 de gas. Una vez alcanzado el nivel de presión deseado en el tanque 60a de desplazamiento, como se muestra en las Fig. 6u y 6v, se establece una conexión 14 fluídica entre el tanque 60b de desplazamiento y el recipiente 7 colector, entre otras cosas, mediante la conmutación de la válvula 66, para desplazar la cantidad de líquido correspondiente a la unidad de líquido 20 desde el recipiente 7 colector al tanque 60b de desplazamiento mediante el mecanismo 61 de desplazamiento. A continuación, como se muestra en las Fig. 6w y 6x, incluso mediante la conmutación de la válvula 66, se establecen las conexiones 12 y 13 fluídicas entre el tanque 60b de desplazamiento y el acumulador 1 de presión para retirar una unidad de gas 30 del acumulador 1 de presión desplazando una unidad de líquido 20 desde el tanque 60b de desplazamiento al acumulador 1 de presión mediante el mecanismo 61 de desplazamiento. A continuación, como se muestra en la Fig. 6y, la unidad de gas 30 en el tanque 60b de desplazamiento se despresuriza de la misma manera que en las Fig. 6r a 6t. Este proceso y la nueva extracción de otra unidad de gas del acumulador 1 de presión y la expansión de esta unidad en el tanque 60a de desplazamiento no se discutirán con más detalle, ya que esto puede entenderse a partir de lo que ya se ha explicado.
Una disposición de varias etapas o en serie tiene sentido en los modos de funcionamiento “modo de compresión con poscompresión” y “modo de expansión con preexpansión”. Las ventajas al cargar el acumulador 1 de presión con gas comprimido o la extracción de gas comprimido del acumulador 1 utilizando el dispositivo 6 de desplazamiento fueron explicados en el texto anterior. Sin embargo, el mismo proceso de desplazamiento también puede aplicarse entre dos etapas de presión diferentes dentro del dispositivo 6 de desplazamiento, en lo sucesivo denominadas primera y segunda etapa, por lo que también pueden añadirse otras etapas según el mismo principio.
El funcionamiento del dispositivo 6 de desplazamiento se explica con más detalle en las Fig. 7 y 7a a 7n, sin mostrar los demás componentes pertenecientes al sistema de acumuladores de presión según la Fig. 1, ya que su función no ha cambiado.
Las Fig. 7 y 7a a 7n muestran una posible realización en paralelo y en serie de tanques de desplazamiento y dos bombas 61a y 61b de líquido como mecanismos de desplazamiento, por lo que el proceso de desplazamiento se aplica entre la segunda etapa y el acumulador 1 de presión, pero también entre la primera etapa y la segunda. La primera etapa consta de dos tanques 60a y 60b de desplazamiento, un mecanismo 61a de desplazamiento y las válvulas correspondientes. La segunda etapa comprende, pues, el tanque 60c de desplazamiento, el mecanismo 61b de desplazamiento y las válvulas correspondientes. En el lado del gas, el dispositivo de desplazamiento puede conectarse a la máquina 4 de trabajo o a la fuente/sumidero de gas 5 mediante la conexión 11 fluídica y al acumulador 1 de presión mediante la conexión 12 fluídica. En el lado del fluido, el dispositivo 6 de desplazamiento puede conectarse al acumulador 1 de presión mediante las conexiones 13 fluídicas y al recipiente 7 colector mediante la conexión 14 fluídica.
En las Fig. 7a y 7b, se muestra la secuencia temporal de la compresión de una unidad de gas 30b dentro del tanque 60c de desplazamiento mediante el desplazamiento de líquido desde el tanque 60b de desplazamiento al tanque 60c de desplazamiento por medio del mecanismo 61b de desplazamiento. Al mismo tiempo, también se comprime una unidad de gas 30a en el tanque 60a de desplazamiento desplazando líquido desde el tanque 60b de desplazamiento al tanque 60a de desplazamiento mediante el mecanismo 61a de desplazamiento. Cuando se alcanza el nivel de presión deseado en el tanque 60c de desplazamiento, la unidad de gas 30b comprimido se desplaza desde el tanque 60c de desplazamiento hacia el acumulador 1 de presión desplazando una unidad de líquido 20 desde el acumulador 1 de presión hacia el tanque 60c de desplazamiento por medio del mecanismo 61b de desplazamiento, como se muestra en las Fig. 7c y 7d. Mientras tanto, la unidad de gas 30a se comprime aún más en el tanque 60a de desplazamiento hasta alcanzar el nivel de presión deseado. A continuación, como se muestra en las Fig. 7e y 7f, la unidad de gas 30a comprimido se desplaza hacia el tanque 60c de desplazamiento desplazando una unidad de líquido 20a desde el tanque 60c de desplazamiento hacia el tanque 60a de desplazamiento por medio del mecanismo 61 a de desplazamiento. Al mismo tiempo, por medio del mecanismo 61b de desplazamiento, la cantidad de la unidad de líquido 20 es transportada correspondientemente desde el tanque 60b de desplazamiento a través de la conexión 14 fluídica hacia el recipiente 7 colector.
En la Fig. 7g, se muestra el estado inicial del dispositivo 6 de desplazamiento en el que la unidad de gas 30a se comprime en el tanque 60c de desplazamiento y se introduce en el acumulador, y otra unidad de gas 30c se comprime en el tanque 60b de desplazamiento para ser desplazada al tanque 60c de desplazamiento a continuación, de manera análoga a las operaciones de las Fig. 7a a 7f.
Las Fig. 7h a 7n muestran la secuencia temporal para extraer el gas 3 comprimido del acumulador 1 de presión mediante el dispositivo 6 de desplazamiento y llevarlo a un nivel de presión inferior en el modo de funcionamiento “modo de expansión con preexpansión”.
En las Fig. 7h y 7i, una unidad de gas 30b comprimido se retira del acumulador 1 de presión desplazando una unidad de líquido 20b desde el tanque 60c de desplazamiento hacia el acumulador 1 de presión mediante el dispositivo 6 de desplazamiento y el establecimiento de conexiones 12 y 13 fluídicas entre el dispositivo 6 de desplazamiento y el acumulador 1 de presión. Al mismo tiempo, una unidad de gas 30a se expande en el tanque 60a de desplazamiento mediante el desplazamiento controlado del fluido desde el tanque 60a de desplazamiento hacia el tanque 60b de desplazamiento por medio del mecanismo 61 a de desplazamiento. Como se muestra en las Fig. 7j y 7k, la unidad de gas 30a en el tanque 60a de desplazamiento se expande aún más hasta alcanzar el nivel de presión deseado. Mientras tanto, la unidad de gas 30b comprimido, que se encuentra en el tanque 30c de desplazamiento, también se despresuriza desplazando líquido desde el tanque 60c de desplazamiento al tanque 60b de desplazamiento de manera controlada mediante el mecanismo 61b de desplazamiento hasta que se alcanza el nivel de presión deseado. A continuación, como se muestra en las Fig. 7I y 7m, la unidad expandida de gas 30b se desplaza desde el tanque 60c de desplazamiento hacia el tanque 60b de desplazamiento desplazando una unidad de líquido 20b desde el tanque 60b de desplazamiento hacia el tanque 60c de desplazamiento por medio del mecanismo 61a de desplazamiento. La Fig. 7n muestra el estado inicial del dispositivo 6 de desplazamiento, al que sigue la expansión de la unidad de gas 30b en el tanque 60b de desplazamiento, pero también la posterior retirada de una unidad de gas del acumulador 1 de presión y su desplazamiento al tanque 60c de desplazamiento mediante el desplazamiento de la unidad de líquido 20c desde el tanque 60c de desplazamiento al acumulador 1 de presión por medio del mecanismo 61b de desplazamiento, de manera análoga a los procesos de las Fig. 7h a 7m.
La Fig. 8 muestra un posible dispositivo 31 de separación para separar el líquido 2 y el gas 3 comprimido en el acumulador 1 de presión. El dispositivo 31 de separación está diseñado de modo ejemplar como una burbuja que puede cambiar su forma para adaptarse al nivel de llenado del acumulador 1 de presión. Por supuesto, esta función también puede ser cumplida por dispositivos de separación de diferente diseño, como un pistón. La separación del líquido 2 del gas 3 puede ser necesaria para limitar la proporción de gas disuelto en el líquido o para permitir cualquier orientación del acumulador 1 de presión sin tener que considerar la dirección de acción de fuerzas como las gravitacionales o de flotación.
La Fig. 9 muestra una posible disposición de un regenerador 69 y/o un intercambiador 68 de calor en un tanque 60 de desplazamiento, que se utiliza para transferir calor, que se elimina del gas a través del intercambiador 68 de calor y/o se transfiere al líquido a través del regenerador 69 en el tanque 60 de desplazamiento, o a la inversa, calor, que se suministra a través del intercambiador 68 de calor y/o se suministra del líquido al gas a través del regenerador 69.
La Fig. 10 muestra un sistema de almacenamiento de energía como el de la Fig. 1, con la diferencia de que el recipiente 7 colector está conectado a la máquina 7 de trabajo mediante una conexión 15 fluídica y, por lo tanto, puede llevarse a cualquier nivel de presión. Si en el sistema de almacenamiento de energía solo se utiliza el dispositivo 6 de desplazamiento para comprimir o expandir el gas, sin la máquina 4 de trabajo, entonces el recipiente 7 colector está conectado al dispositivo 6 de desplazamiento mediante la conexión 15 fluídica para controlar el nivel de presión en el recipiente 7 colector.
La Fig. 11 muestra la combinación de los recipientes 101, 102, ... a presión para formar un acumulador 1 de presión. Esta disposición aumenta la densidad energética del sistema de almacenamiento a presión al reducir la cantidad de líquido en comparación con el volumen de almacenamiento a presión.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Procedimiento para gestionar un sistema de acumuladores de presión con al menos un acumulador de presión, es decir, por un lado, para llenar este último con gas comprimido y/o, por otro lado, a la inversa, para retirar gas comprimido del acumulador de presión, en donde el acumulador (1) de presión está parcialmente lleno de líquido (2) y el resto del volumen está lleno de gas (3) comprimido, en donde la carga del acumulador (1) de presión con una unidad de gas (30) comprimido va acompañada de la retirada de una unidad de líquido (20) del acumulador (1) de presión, utilizándose la unidad de líquido (20) retirada para desplazar la unidad de gas (30) comprimido hacia el acumulador de presión mediante un dispositivo (6) de desplazamiento compuesto por al menos un mecanismo (61) de desplazamiento y al menos un tanque (60) de desplazamiento, o, a la inversa, la retirada de una unidad de gas (30) comprimido del acumulador (1) de presión va acompañada de la carga del acumulador (1) de presión con una unidad de líquido (20), utilizándose la unidad de líquido (20) para retirar la unidad de gas (30) comprimido del acumulador (1) de presión mediante el dispositivo (6) de desplazamiento, en donde el desplazamiento de gas (30) comprimido se realiza hacia o desde el acumulador (1) de presión de manera poco potente, según sea necesario, es decir, que no es necesaria ninguna diferencia de altura entre el acumulador (1) de presión y el dispositivo (6) de desplazamiento, y no es necesario un colchón de gas herméticamente cerrado en el acumulador (1) de presión, y para el desplazamiento de la unidad de líquido (20) solo es necesario superar una diferencia de presión causada por las pérdidas por fricción y flujo, así como una diferencia de presión causada por una posible diferencia de altura existente.
2. Procedimiento para gestionar un sistema de almacenamiento a presión de acuerdo con la reivindicación 1, en donde, además, se utiliza una máquina (4) de trabajo para comprimir gas (3) utilizando energía mecánica o, a la inversa, para expandir gas (3) comprimido mientras se suministra energía mecánica, la cual es proporcionada o extraída por un accionamiento o salida (8), y en donde esta máquina de trabajo está conectada fluídicamente a una fuente/sumidero (5) de gas, caracterizado por que, en el lado del gas, se establece una conexión (11, 12) fluídica con la máquina (4) de trabajo y/o el acumulador (1) de presión según lo requiera el dispositivo (6) de desplazamiento, y por que, en el lado del líquido, se establece una conexión (13, 14) fluídica con el acumulador (1) de presión y/o el recipiente (7) colector según lo requiera la apertura de las válvulas (64, 65) correspondientes para permitir el desplazamiento de líquido (2) entre el dispositivo (6) de desplazamiento y el acumulador (1) de presión o el recipiente (7) colector y para permitir el desplazamiento de gas (3) entre el dispositivo (6) de desplazamiento y el acumulador (1) de presión o la máquina (4) de trabajo al mismo tiempo.
3. Procedimiento para gestionar un sistema de almacenamiento a presión de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo (6) de desplazamiento se opera, entre otras cosas, con varios tanques (60a, b, c) de desplazamiento separados y/o combinados, que están conectados mecánica o fluídicamente entre sí y están dispuestos en paralelo y/o en serie.
4. Procedimiento para gestionar un sistema de almacenamiento a presión de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo (6) de desplazamiento se utiliza para comprimir gas o expandir gas, respectivamente, desplazando selectivamente el líquido entre el dispositivo (6) de desplazamiento y el acumulador (1) de presión, el recipiente (7) colector o dentro del dispositivo (6) de desplazamiento en sí mismo, es decir, entre tanques (60a, b, c) de desplazamiento.
5. Procedimiento para gestionar un sistema de almacenamiento a presión de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde el líquido que se encuentra dentro del dispositivo (6) de desplazamiento, el acumulador (1) de presión o el recipiente (7) colector se utiliza como medio de transferencia de calor y/o medio de almacenamiento de calor para suministrar o eliminar calor hacia o desde el gas antes, durante y/o después de la compresión o expansión del gas, preferiblemente dentro de un tanque (60a, b, c) de desplazamiento.
6. Procedimiento de gestión de un sistema de almacenamiento a presión de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde el intercambio de calor entre el gas y el líquido dentro de los tanques (60a, b, c) de desplazamiento se incrementa por medio de un regenerador (69) para transferir calor del gas al líquido o transferir calor del líquido al gas.
7. Procedimiento para gestionar un sistema de almacenamiento a presión de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, en donde el acumulador (1) de presión consta de al menos dos recipientes (101, 102) a presión separados y, durante la carga del primer recipiente (101) a presión con gas (3) comprimido, el líquido (2) se desplaza a un segundo recipiente (102) a presión, después de que el primer recipiente (101) a presión haya sido cargado, y el líquido (2) recién se desplaza hacia el recipiente (7) colector durante la carga del último recipiente a presión, en donde el procedimiento es el mismo que cuando se retira el gas (3) comprimido del acumulador (1) de presión, en el sentido de que los recipientes (101, 102) a presión individuales se vacían uno tras otro.
8. Instalación para gestionar un sistema de almacenamiento a presión para realizar el procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, con al menos un acumulador (1) de presión, un recipiente (7) colector, ambos parcialmente llenos de líquido y parcialmente llenos de gas, una máquina (4) de trabajo para convertir gas comprimido en energía mecánica, y viceversa, conectado a una fuente/sumidero (5) de gas, estando presente un dispositivo (6) de desplazamiento, con conexiones fluídicas en el lado del líquido (13, 14) al acumulador (1) de presión y al recipiente (7) colector, así como con conexiones fluídicas en el lado del gas (11, 12) a la máquina (4) de trabajo y al acumulador (1) de presión, en donde el dispositivo de desplazamiento comprende al menos un tanque (60) de desplazamiento separado o combinado y válvulas para cerrar selectivamente una o más de las conexiones (11-14) fluídicas para gas o líquido, en donde no es necesaria una diferencia de altura entre el acumulador (1) de presión, el dispositivo (6) de desplazamiento y/o el recipiente (7) colector, y en donde no es necesario un colchón de gas sellado herméticamente en el acumulador (1) de presión, y en donde, en el caso del desplazamiento de gas comprimido dentro o fuera del acumulador (1) de presión para el desplazamiento del líquido solo es necesaria la superación de una diferencia de presión provocada por pérdidas por fricción y flujo, así como una diferencia de presión provocada por una posible diferencia de altura existente.
9. Instalación para gestionar un sistema de almacenamiento a presión de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizada por que el sistema de almacenamiento a presión incluye al menos los siguientes componentes:
• el acumulador (1) de presión, parcialmente lleno de líquido (2) y gas (3) comprimido, en donde estos dos medios están abiertamente adyacentes entre sí o separados entre sí por un dispositivo de separación adecuado, a saber, por medio de una vejiga, pistón o membrana, y un recipiente (7) colector,
• un dispositivo (6) de desplazamiento, que consta de al menos un tanque (60) de desplazamiento separado o combinado, en donde los medios contenidos en el mismo están abiertamente adyacentes entre sí o separados entre sí por un dispositivo de separación adecuado en forma de una vejiga, un pistón o una membrana, y un mecanismo (61) de desplazamiento para desplazar líquido dentro del dispositivo (6) de desplazamiento, es decir, entre tanques de desplazamiento y/o entre el dispositivo (6) de desplazamiento y el acumulador (1) de presión o el recipiente (7) colector,
• una conexión (13) fluídica entre el dispositivo (6) de desplazamiento y el acumulador (1) de presión para desplazar el líquido entre el dispositivo (6) de desplazamiento y el acumulador (1) de presión con poca potencia si es necesario,
• una conexión (14) fluídica entre el dispositivo (6) de desplazamiento y el recipiente (7) colector para desplazar el líquido entre el dispositivo (6) de desplazamiento y el recipiente (7) colector con poca potencia si es necesario,
• una conexión (12) fluídica entre el dispositivo (6) de desplazamiento y el acumulador (1) de presión para desplazar el gas entre el dispositivo (6) de desplazamiento y el acumulador (1) de presión con poca potencia si es necesario,
• una conexión (11) fluídica entre el dispositivo (6) de desplazamiento y la máquina (4) de trabajo y/o la fuente/sumidero (5) de gas para desplazar el gas entre el dispositivo (6) de desplazamiento y la máquina (4) de trabajo y/o la fuente/sumidero (5) de gas con baja potencia si es necesario,
• válvulas controlables para definir las direcciones de flujo del fluido y el gas durante la operación,
• una máquina (4) de trabajo, para comprimir y/o expandir gas,
• un accionamiento/salida (8) para convertir energía de cualquier forma de energía en energía mecánica para impulsar la máquina (4) de trabajo y, si es necesario, el mecanismo (61) de desplazamiento, o viceversa, adecuado para recibir energía mecánica de la máquina (4) de trabajo y, si es necesario, del mecanismo (61) de desplazamiento y para convertirlo y suministrarlo en cualquier forma de energía.
10. Instalación para gestionar un sistema de almacenamiento a presión de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 o 9, caracterizada por que el mecanismo (6) de desplazamiento está integrado en la máquina (4) de trabajo o combinado con la máquina (4) de trabajo o la reemplaza o forma una o varias etapas de la misma.
11. Instalación para gestionar un sistema de almacenamiento a presión de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizada por que el mecanismo (61) de desplazamiento tiene un accionamiento/salida separado o está acoplado al accionamiento/salida (8) de la máquina (4) de trabajo y consta de un pistón o una bomba.
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