ES2932048T3 - Sistema de almacenamiento de energía - Google Patents

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Paul Codd
Seamus Garvey
Bruno Cardenas
Bharath Kantharaj
Michael Simpson
Andrew Pimm
James Garvey
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Abstract

Un sistema que comprende dos o más acumuladores térmicos, un único acumulador de aire presurizado y un medio para recolectar calor de grado relativamente bajo ofrece el potencial para un sistema de almacenamiento de energía que logra dos objetivos deseables al mismo tiempo: (i) la exergía total que puede liberarse cuando se descarga al máximo un depósito de aire presurizado dado y (ii) la relación entre la exergía extraída y el trabajo invertido en comprimir el aire a través de un compresor de etapas múltiples también aumenta al explotar alguna fuente de calor de bajo grado para aumentar el contenido térmico de varios almacenes térmicos. El sistema comprende un sistema de almacenamiento de energía de aire comprimido que tiende, en cualquier ciclo de llenado-vaciado del almacenamiento de aire presurizado, para bombear calor hacia arriba en temperatura desde los depósitos de grado inferior al depósito térmico de grado más alto, así como un subsistema de captura térmica que puede aumentar el contenido de calor de los depósitos térmicos de grado inferior. También existe alguna disposición por la que se puede introducir otro fluido en el proceso de expansión además del aire que se comprimió a través de la instalación del compresor multietapa. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sistema de almacenamiento de energía
Campo de la invención:
La invención se refiere al almacenamiento de energía de aire comprimido y a la generación renovable.
Antecedentes:
La creciente cantidad de generación de energía inflexible en el mundo impulsa una necesidad igualmente creciente de métodos de almacenamiento de energía rentables. Se consideran varios enfoques para el almacenamiento de energía en diferentes formas y el almacenamiento de energía de aire comprimido (CAES) es uno de los candidatos más prometedores, en especial en lugares geográficamente adecuados para la creación de grandes almacenes subterráneos de aire.
Los sistemas CAES comprimen aire (normalmente durante los períodos en que la energía eléctrica está en un valor bajo) y ese aire presurizado se almacena a temperatura ambiente o una temperatura cercana a la misma. La energía se recupera (normalmente en periodos en los que la energía eléctrica tiene un alto valor) mediante la expansión del aire presurizado. La contención utilizada para almacenar el aire a alta presión constituye un gasto importante y una fracción sustancial del coste total de cualquier sistema CAES reside en el coste de la contención. El valor de cualquier sistema de almacenamiento de energía depende en gran parte de la cantidad de energía almacenada. Los sistemas que pueden almacenar más energía tienden a ser más valiosos que aquellos que almacenan menos. Por lo tanto, resulta atractivo un diseño de sistema que permita almacenar más energía a un coste marginal relativamente bajo.
Los almacenes de alta presión para los sistemas CAES almacenan invariablemente el aire a temperaturas cercanas a la temperatura ambiente. Sin embargo, la temperatura del aire tiende a aumentar durante la compresión, a menos que se elimine el calor. El diseñador del sistema tiene que decidir si eliminar el calor de manera constante a temperaturas cercanas a la temperatura ambiente o si permitir que ese calor se elimine a temperaturas sustancialmente más altas. El razonamiento básico de la termodinámica confirma que si el aire ingresa en el proceso de compresión de cualquier planta CAES a temperatura ambiente y si ese aire también se almacenará a temperatura ambiente o cercana a la misma, la energía térmica total que se elimina del aire es idéntica al trabajo que se ha realizado para comprimirlo. Si la temperatura promedio del aire durante la compresión está muy por encima de la temperatura ambiente, se necesitará una mayor cantidad de trabajo para realizar la compresión y se eliminará una mayor cantidad de calor del aire antes de su almacenamiento en el almacén de alta presión.
Hay algunos argumentos sólidos para extraer calor de la compresión de aire a temperaturas más altas en términos de aumentar la capacidad de almacenamiento de exergía asociada con cualquier almacén de aire a alta presión, como se describe en solicitudes de patentes anteriores, como EP2687702A1 (presentada el 20 de julio de 2012) y GB1516599.6 (presentada el 18 de septiembre de 2015). La presente invención amplía el mismo razonamiento básico para permitir la explotación del calor de bajo grado de cualquier fuente que pueda estar disponible localmente a un coste casi nulo. La fuente potencial más común de este tipo de calor de bajo grado está relacionada con la captura de energía solar térmica.
El documento US 2014/020369 describe un sistema de almacenamiento de energía que incluye un compresor para comprimir un gas, un almacenamiento de energía térmica para enfriar el gas procedente del compresor a una temperatura determinada mediante el calentamiento de un medio de almacenamiento térmico para almacenar energía térmica y un reservorio para almacenar el gas comprimido. El sistema de energía también incluye un recuperador de calor para enfriar aún más el gas procedente del compresor y el almacenamiento de energía térmica por debajo de la temperatura determinada al calentar el gas suministrado al compresor.
El documento US 2003/033810 describe un recuperador en una instalación de energía térmica como, por ejemplo, una instalación de turbina de gas o una instalación de energía de almacenamiento de aire, que tiene turbinas y un generador, tiene sectores con tubos para la circulación del aire. Los gases de escape calientes de las turbinas se suministran al recuperador con el fin de calentar el aire que fluye por los sectores. De acuerdo con la invención, el recuperador tiene uno o una pluralidad de reservorios térmicos externos que se conectan entre el recuperador y se calientan durante el funcionamiento normal de la instalación eléctrica. Durante un período de interrupción de la instalación eléctrica, el aire circula a través de los componentes de la instalación, manteniéndose una distribución de la temperatura en esos componentes con diferencias de temperatura inferiores a una magnitud crítica con respecto a las tensiones térmicas transitorias en los componentes del recuperador. Tras un período de interrupción, la instalación de energía puede funcionar a plena carga en poco tiempo y sin riesgo con respecto a las tensiones térmicas transitorias en el recuperador, las turbinas y la cámara de combustión.
Por lo tanto, esta invención consigue un doble objetivo. En primer lugar, aumenta la cantidad de exergía que se puede almacenar junto con un almacenamiento de aire a alta presión determinado en comparación con una disposición en la que el aire ingresa en el proceso de compresión a temperatura ambiente. En segundo lugar, aumenta la relación entre el trabajo (o energía eléctrica) que emerge desde el almacenamiento de energía y el trabajo (o energía eléctrica) que se suministra a ese almacenamiento al permitir que el sistema aproveche la captura potencial de calor de bajo grado.
Una característica común al documento GB1516599.6 y a la presente solicitud de patente es que el aire presurizado se explota como un recurso mediante el cual la energía térmica puede reconvertirse muy eficientemente en trabajo, más que como el propio almacenamiento de energía primaria.
Síntesis de la invención
La característica distintiva clave de la presente invención con respecto a los documentos EP2687702A1 y GB1516599.6 es que los sistemas descritos en ambos casos tenían un ingreso de energía térmica neta nulo. El calor de compresión almacenado durante la fase de carga de cualquier ciclo se retiraría nuevamente (a temperaturas solo ligeramente más bajas que inferiores a las que se acumuló ese calor). Por la expansión pasó el mismo gas que había sido comprimido previamente. Por el contrario, la presente invención propone que el calor de la compresión se almacene, pero que también se capte y almacene otro tipo de calor. Ese calor adicional podría derivarse como calor residual de algún proceso industrial o podría recolectarse directamente de los colectores solares térmicos. Para explotar ese calor adicional de la forma más eficaz, se requiere fluido gaseoso adicional en el proceso de expansión. El calor adicional se recoge a temperaturas en un rango inferior al rango de temperaturas en el que se almacena el calor de compresión.
De acuerdo con la presente invención, se proporciona un sistema de almacenamiento de energía según la reivindicación 1 y un método según la reivindicación 7. Las características opcionales o preferidas se definen en las reivindicaciones dependientes.
La presente invención es un sistema para almacenar exergía (es decir, energía disponible para utilizar) a un coste relativamente bajo que permite simultáneamente que parte del calor de grado relativamente bajo capturado localmente se convierta en exergía de salida adicional. La capacidad de este sistema para explotar algo de calor de grado relativamente bajo significa que se puede lograr una alta relación entre el trabajo de entrada y el trabajo de salida, posiblemente superando la unidad en algunas circunstancias.
La exergía se almacena dentro del sistema de dos formas distintas: (a) en un almacén de aire a alta presión y (b) en forma térmica dentro de dos o más almacenes térmicos. Al menos un almacén térmico es un almacén de calor de grado alto y al menos un almacén térmico distinto retiene calor de grado bajo. Un rango típico de temperaturas para el calor de grado alto estaría entre 300 °C y 600 °C, mientras que un rango típico de temperaturas para el calor de grado bajo estaría entre 20 °C y 300 °C. Una presión de almacenamiento típica para el aire comprimido sería de 200 bares.
De acuerdo con un primer aspecto de la invención, se proporciona un sistema de almacenamiento de energía que comprende: un volumen de almacenamiento para almacenar gas comprimido; un compresor de gas multietapa configurado para comprimir aire que ha sido calentado a una primera temperatura, siendo la compresión tal que el aire que sale de cada etapa de compresión alcanza una segunda temperatura; un expansor que funciona para extraer trabajo del gas que ingresa al expansor a la segunda temperatura y de cuyo expansor emerge el gas de escape a una temperatura significativamente más baja que la primera temperatura; uno o más primeros almacenes térmicos configurados para retener calor a temperaturas en un rango hasta la primera temperatura y; segundo almacén térmico configurado para retener calor a temperaturas en un rango entre la primera temperatura y la segunda temperatura; y un medio para capturar calor desde una fuente externa para su almacenamiento en uno o más de los primeros almacenes térmicos a temperaturas en un rango hasta la primera temperatura.
El gas puede comprender aire. La temperatura de los gases de escape puede ser al menos 20K o al menos 50K o al menos 100K por debajo de la primera temperatura.
En comparación con otros diseños de sistemas, este diseño ofrece una mayor capacidad de almacenamiento de exergía asociada con un almacenamiento determinado de aire presurizado y además ofrece la capacidad de explotar cualquier fuente local de calor de grado bajo, de modo que se pueda extraer exergía adicional de esa fuente de calor adicional de grado bajo con un coste de capital adicional relativamente bajo.
La combinación de las características del primer aspecto puede ser operable de modo que haya una alta relación entre el trabajo total de salida y el trabajo total de entrada y de modo que también haya una alta relación entre el trabajo total que puede salir del sistema y el trabajo que podría extraerse del gas almacenado solo sin utilizar los almacenes térmicos.
En algunos ejemplos no reivindicados, el sistema puede ser operable para almacenar energía en un modo de carga, el modo de carga comprende dos o más procesos de carga diferentes que son operables independientemente; y en donde los dos o más procesos de carga comprenden: un primer proceso de carga en el que el gas se comprime en el compresor multietapa para llenar el volumen de almacenamiento con gas presurizado y el segundo almacén térmico se llena simultáneamente con calor; y un segundo proceso de carga en el que el primer almacén térmico se llena con calor.
En algunos ejemplos no reivindicados, la masa total de gas expandida en el expansor en un modo de descarga es mayor que la masa total de gas comprimida en el compresor multietapa en el primer modo de carga, con el fin de que el calor adicional recogido en el sistema pueda ser consumido de forma productiva para aumentar el trabajo realizado por el sistema. Se puede introducir un fluido gaseoso adicional en el expansor para aumentar la masa total de fluido gaseoso. El fluido gaseoso adicional introducido en el expansor puede ser gas comprimido; o vapor obtenido por evaporación de agua, y opcionalmente haber sido comprimido sin compresión eléctrica.
En algunos ejemplos no reivindicados, el volumen de almacenamiento puede ser de naturaleza aproximadamente isobárica (es decir, el gas puede almacenarse en el volumen a presión constante).
En algunos ejemplos no reivindicados, los medios para capturar calor pueden comprender un medio para capturar energía solar térmica concentrada.
La carga de la planta de almacenamiento de energía puede tener lugar mediante dos mecanismos distintos: un primer proceso de carga que comprende la compresión de aire usando trabajo obtenido de alguna fuente externa (por lo general un motor accionado eléctricamente) y un segundo proceso de carga que comprende la recolección de calor de grado bajo de alguna fuente que puede comprender la captación solar térmica. Estos dos procesos de carga no tienen por qué ser sincrónicos, ni siquiera proporcionales. Cualquiera de estos procesos de carga puede producirse en cualquier momento, independientemente de que el otro proceso de carga esté teniendo lugar. La descarga de la planta de almacenamiento de energía implica un solo proceso: expansión del fluido gaseoso con la caída concomitante de la temperatura de ese fluido. La descarga podría producirse simultáneamente con uno o ambos procesos de carga.
Mientras el aire se comprime a través del compresor multietapa y se coloca en el almacén de aire de alta presión, el aire se calienta antes de la compresión de modo que el calor liberado por esa compresión se extraiga en el rango de alta temperatura, entre la primera y la segunda temperatura, y ese calor se retiene en el almacén térmico de mayor grado. El calor de grado inferior suministrado al aire antes de la compresión se devuelve desde el aire presurizado que emerge del compresor multietapa. Por lo tanto, aparte de algún comportamiento transitorio inicial que sigue a un cambio de modo de operación para comenzar la compresión, el flujo de calor neto entre las corrientes de aire combinadas de baja y alta presión y los almacenes térmicos de grado inferior es aproximadamente cero.
Durante el proceso de descarga, el aire a alta presión emerge desde el almacén de aire presurizado y recoge calor en cada uno de los almacenes térmicos antes de la expansión, de modo que ingresa en la disposición de expansión a una temperatura cercana a la segunda temperatura. Para aprovechar todo el calor que ha sido capturado por el sistema durante los procesos de carga, debe ingresar más fluido gaseoso en la disposición de expansión que el que se comprimió en la instalación del compresor multietapa. En al menos algunos casos, ese fluido gaseoso adicional que ingresa al expansor es vapor generado por la evaporación del agua que ha sido bombeada a la misma presión que el aire a alta presión antes de recibir calor de los almacenes térmicos.
Una característica de esta invención es que el número de etapas de compresión puede ser mayor que el número de etapas de expansión. Esto se debe a que todo el calor depositado en el almacenamiento en el almacén térmico de mayor grado deriva del aire que ha sido comprimido en dos o más etapas y este calor se utilizará en parte para recalentar el aire que regresa del almacén de alta presión que había sido comprimido por el compresor multietapa, además de algún otro fluido gaseoso. El efecto de esto es que en cualquier ciclo completo del almacén de aire de alta presión, el aire que ha pasado por la instalación de compresión multietapa bombea efectivamente algo de calor desde los rangos de temperatura más bajos hasta el rango de alta temperatura. El fluido adicional extrae calor neto de todos los rangos de temperatura y el suministro externo de calor proporciona calor neto al sistema solo en los rangos de temperatura más bajos.
De acuerdo con un segundo aspecto de la invención, se proporciona un sistema de almacenamiento de energía para almacenar exergía, comprendiendo el sistema: un primer almacén térmico para calentar y enfriar un gas entre una tercera temperatura y una primera temperatura; un segundo almacén térmico para calentar y enfriar el gas entre una segunda temperatura y la primera temperatura; un compresor multietapa acoplado al primer almacén térmico para recibir el gas a la primera temperatura y para presurizar el gas, de modo que el gas se calienta a la segunda temperatura; un volumen de almacenamiento configurado para almacenar el gas presurizado a la tercera temperatura; un expansor para despresurizar el gas presurizado para extraer trabajo del gas presurizado de modo que el gas se enfría desde la segunda temperatura a una temperatura más baja; y en donde el segundo almacén térmico enfría el gas presurizado a la primera temperatura y el primer almacén térmico lo enfría aún más a la tercera temperatura antes de almacenarlo en el volumen de almacenamiento; en donde el gas presurizado es calentado a la primera temperatura por el primer almacén térmico y luego calentado a la segunda temperatura por el segundo almacén térmico antes de ser despresurizado.
Algunos ejemplos no reivindicados pueden comprender además una fuente de calor externa para proporcionar calor al primer almacén térmico. La fuente de calor externa puede comprender un colector de energía solar.
En algunos ejemplos no reivindicados, cada etapa de compresión del compresor multietapa puede configurarse para comprimir el gas de modo que el gas se caliente a la segunda temperatura. El gas puede ser enfriado desde la segunda temperatura a la primera temperatura por el segundo almacén térmico después de cada etapa de compresión del compresor multietapa.
En algunos ejemplos no reivindicados, el expansor puede ser un expansor multietapa. El gas puede ser calentado a la segunda temperatura por el segundo almacén térmico antes de cada etapa de expansión del expansor multietapa. El número de etapas de compresión del compresor multietapa puede ser mayor que el número de etapas de expansión del expansor multietapa.
En algunos ejemplos no reivindicados, el primer almacén térmico puede comprender una pluralidad de primeros almacenes térmicos dispuestos en serie de modo que el gas se calienta o enfría progresivamente entre una o la tercera temperatura y la segunda temperatura mediante la serie de primeros almacenes térmicos.
En algunos ejemplos no reivindicados, el primer almacén térmico puede enfriar el gas a la tercera temperatura después de despresurizarlo y antes de expulsarlo del sistema.
Algunos ejemplos no reivindicados pueden comprender además una entrada de fluido adicional para inyectar un fluido adicional en el gas presurizado antes del expansor. El fluido adicional es calentado por el primer y/o segundo almacén térmico. El fluido adicional puede comprender aire o vapor.
Algunos ejemplos no reivindicados pueden comprender además un compresor adicional para comprimir un gas adicional.
De acuerdo con un tercer aspecto de la invención, se proporciona un método para almacenar y liberar energía, comprendiendo el método: calentar un gas a una primera temperatura utilizando el calor almacenado en un primer almacén de calor; presurizar el gas calentado de modo que su temperatura suba desde la primera temperatura hasta una segunda temperatura; extraer calor del gas presurizado para enfriar el gas presurizado desde la segunda temperatura a la primera temperatura y almacenar el calor extraído en un segundo almacén de calor; extraer calor desde el gas presurizado para enfriar el gas presurizado desde la primera temperatura a una tercera temperatura y almacenar el calor extraído en el primer almacén térmico; almacenar el gas presurizado en un volumen de almacenamiento; calentar el gas presurizado desde el volumen de almacenamiento a la primera temperatura utilizando el calor del primer almacén térmico; calentar el gas presurizado a la segunda temperatura utilizando el calor del segundo almacén térmico; y expandir el gas presurizado para extraer trabajo del gas presurizado de modo que el gas se enfríe desde la segunda temperatura a una temperatura más baja.
En algunos ejemplos no reivindicados, el método puede comprender además extraer calor desde el gas para enfriar el gas desde la temperatura más baja a la tercera temperatura y almacenar el calor extraído en el primer almacén térmico.
En algunos ejemplos no reivindicados, el primer almacén térmico puede comprender una pluralidad de primeros almacenes térmicos. El calentamiento del gas a la primera temperatura puede comprender calentar el gas en cada uno de la pluralidad de primeros almacenes térmicos. La extracción de calor del gas presurizado para enfriar el gas presurizado desde la primera temperatura a una tercera temperatura y almacenar el calor extraído en el primer almacén térmico puede comprender almacenar una parte del calor extraído en cada una de la pluralidad de primeros almacenes térmicos.
En algunos ejemplos no reivindicados, la presurización del gas calentado puede comprender presurizar el gas en una pluralidad de etapas de compresión. El calor puede extraerse del gas presurizado después de cada una de la pluralidad de etapas y almacenarse en el segundo almacén de calor.
Algunos ejemplos no reivindicados pueden comprender además el almacenamiento de calor procedente de una fuente de calor externa en el primer almacén térmico o en una pluralidad de primeros almacenes térmicos. La fuente de calor externa comprende un colector de energía solar.
Algunos ejemplos no reivindicados pueden comprender además la adición de un fluido adicional al gas presurizado antes de expandir el gas presurizado. La expansión del gas a presión puede comprender la expansión del gas a presión y del fluido adicional. La adición del fluido adicional al gas presurizado puede comprender calentar el fluido adicional utilizando el calor almacenado en el primer y/o segundo almacén térmico. El fluido adicional puede comprender aire o vapor.
Es obvio que se puede extraer algo de exergía desde una fuente local de calor de grado bajo utilizando disposiciones autónomas como las que se basan en ciclos orgánicos de Rankine o motores Stirling, pero normalmente tendrán costes marginales mucho más altos para eficiencias marginales comparables (exergía adicional recuperada dividida por la cantidad de calor recogido) en relación con el sistema propuesto en la presente. Debe entenderse que los términos primera temperatura, segunda temperatura y tercera temperatura no tienen por qué ser temperaturas exactas, sino que pueden comprender un rango de temperaturas alrededor de una temperatura prevista, por ejemplo, un rango de 10 °C por encima y/o por debajo de un primera, segunda o tercera temperatura prevista respectivamente, o un rango de 20 °C, 30 °C o 50 °C por encima y/o por debajo de una primera, segunda o tercera temperatura prevista respectivamente.
Descripción detallada:
La invención se describe con mayor detalle a continuación a modo de ejemplos y con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
La Figura 1 presenta un diagrama esquemático de un primer ejemplo no reivindicado de la invención;
La Figura 2 presenta un diagrama esquemático del mismo primer ejemplo de la invención que
La Figura 1 en la que una disposición de compresión multietapa activa en el primer proceso de carga comprende tres etapas distintas de compresión;
La Figura 3 presenta un diagrama esquemático del mismo primer ejemplo de la invención que
La Figura 1 en la que el proceso de expansión comprende una sola etapa de expansión;
La Figura 4 presenta un diagrama esquemático de un segundo ejemplo no reivindicado de la invención;
La Figura 5 muestra tres gráficos que muestran tres formas alternativas en las que un proceso de expansión de dos etapas podría extraer calor de los almacenes térmicos de grado inferior y grado superior;
La Figura 6 presenta un diagrama esquemático para el tercer ejemplo no reivindicado en el que la instalación de compresión multietapa comprende cinco etapas de compresión y la expansión tiene dos etapas, pero el escape desde la primera etapa de expansión no cae cerca del ambiente; y
La Figura 7 presenta un diagrama esquemático para la tercera realización en la que la instalación de compresión multietapa comprende cinco etapas de compresión y la expansión tiene dos etapas y, en este caso, el escape de la primera etapa de expansión cae cerca del ambiente.
En la presente se describen dos amplias clases de realización. En cada caso se utilizan figuras separadas.
Un primer ejemplo no reivindicado de la invención.
La Figura 1 presenta un diagrama esquemático de un primer ejemplo no reivindicado de la invención en el que el fluido adicional utilizado en el proceso de expansión es vapor generado por la evaporación del agua contenida en un tanque. Esta figura omite cualquier detalle de los procesos de compresión y expansión multietapa.
La Figura 2 presenta un diagrama esquemático del mismo primer ejemplo de la invención que la Figura 1, en el que la disposición de compresión multietapa activa en el primer proceso de carga comprende tres etapas de compresión distintas.
La Figura 3 presenta un diagrama esquemático del mismo primer ejemplo de la invención que la Figura 1 en el que el proceso de expansión comprende una sola etapa de expansión.
Las Figuras 1, 2 y 3 juntas respaldan la descripción de un ejemplo. El sistema comprende elementos de almacenamiento de energía, elementos de conversión de energía o de transferencia de energía y otros elementos. En el siguiente texto relacionado con el primer ejemplo, "agua" se utiliza para representar el fluido adicional que se inyectará en el sistema durante el proceso de descarga y "100 °C" se utiliza para representar el punto de ebullición de ese fluido adicional a presión ambiente. La "primera temperatura" a la que se hace referencia en el resumen de la invención es la temperatura T3 que es la temperatura más baja en el almacén térmico superior y la "segunda temperatura" es la temperatura T4 que es la temperatura más alta en todo el sistema.
La Figura 1 muestra la disposición del almacenamiento térmico junto con algunos otros componentes.
En esta figura se identifican cuatro almacenes térmicos diferentes: 1, 2, 3, 4 en orden de grado térmico creciente (rango de temperatura). Un almacén de aire a alta presión, 5, está necesariamente presente. También debe estar presente un tanque de agua, 6 , y algún medio para recolectar calor de grado bajo, 7, también debe estar en el lugar. Una bomba, 8 , está dedicada a la circulación de un fluido de transferencia de calor para llevar calor desde 7 a los almacenes térmicos. Otra bomba, 9, está presente para presurizar el agua extraída del tanque, 6 , y conducirla a través del sistema. Un separador, 10, está presente para eliminar el agua de la mezcla de aire y agua que emerge después del proceso de expansión y devolver esa agua al tanque. En la parte superior de la Figura 1, una región etiquetada 11 representa el conjunto de maquinaria de compresión y expansión del cual se presentan más detalles en las siguientes figuras. Otro elemento importante en la Figura 1 es una bomba de calor 12 que estaría presente en la mayoría de las ejemplificaciones de esta invención. Su función se explica más adelante.
Cada almacén térmico tiene, o puede tener, varias disposiciones de intercambio de calor diferentes. El almacén térmico 1, por ejemplo, tiene disposiciones de intercambio de calor 101, 102, 103 y 104 con diferentes fluidos previstos y presiones operativas. El almacén térmico 2 tiene disposiciones de intercambio de calor 201, 202, 203 y 204 con diferentes fluidos previstos y presiones operativas.
Algunas de las líneas que transportan aire y agua entre diferentes partes del sistema no están completas en la Figura 1 porque su configuración puede cambiar entre los modos operativos. Ninguna de estas líneas está etiquetada ya que sus funciones son obvias a partir de la explicación de otros componentes.
La Figura 2 muestra una posible instancia del sistema configurado para operar en el modo de carga. Se ve que el conjunto de maquinaria de compresión y expansión, 11, comprende en este caso un proceso de compresión de tres etapas. Una unidad de motor-generador, 13, impulsa las tres etapas del compresor, 20, 21 y 22, y el aire presurizado entrega calor al almacén térmico más caliente, 4, en tres disposiciones de intercambiador de calor separadas, 400, 401 y 402.
La Figura 3 muestra una posible instancia del sistema configurado para operar en el modo de descarga. Se ve que el conjunto de maquinaria de compresión y expansión, 11, comprende en este caso un proceso de expansión de una sola etapa. El fluido que ingresa al expansor es una mezcla de aire y vapor a través de la unión de mezcla, 14. El aire a alta presión recoge calor de grado creciente a través de las unidades de intercambio de calor 102, 202, 302 y 402 sucesivamente, mientras que el agua/vapor recoge calor de las unidades de intercambio de calor 103, 203, 303 y 403 sucesivamente, así como del extremo caliente de una bomba de calor, 12. La unidad de motor-generador, 13, es impulsada por el expansor, 23. La corriente de escape de este expansor entrega el calor latente de la condensación al lado de baja temperatura de la bomba de calor, 12, y luego entrega el calor restante al almacén térmico de menor grado, 1, a través de la disposición de intercambio de calor, 101.
Los elementos de almacenamiento de energía comprenden cuatro almacenes térmicos, 1, 2, 3 y 4 rangos crecientes de temperatura y un almacén de aire a alta presión, 5. Los almacenes térmicos pueden comprender almacenamiento térmico sensible o, alternativamente, pueden utilizar otros mecanismos. El almacén térmico de menor grado, 1, comprendería normalmente un simple tanque de agua sin presión. El almacén de aire a alta presión idealmente sería un almacén isobárico (presión constante) y esto podría realizarse por diversos medios. El uso de la cabeza hidrostática natural junto con el almacenamiento subacuático profundo de aire o el almacenamiento subterráneo profundo con un estanque de transporte disponible proporcionan posibles soluciones obvias, pero cualquier contención de volumen fijo podría transformarse en una contención isobárica proporcionando la capacidad de bombear un líquido (normalmente agua) para desplazar el aire que se elimina del tanque.
Para obtener brevedad y la claridad, esta explicación supone que todos los componentes del sistema se comportan de manera ideal: toda transferencia de calor tiene una diferencia de temperatura nula, todos los flujos de fluido experimentan una resistencia de flujo insignificante y todos los procesos de compresión/expansión son perfectamente isoentrópicos. Los ajustes que se harían para adaptar el comportamiento no ideal de los componentes serán obvios para cualquier persona experta en la técnica del almacenamiento de energía termomecánica.
La comprensión del diseño del sistema depende de la apreciación de las temperaturas y presiones dentro del sistema. Dos presiones reciben etiquetas específicas: pa representa la presión ambiental (alrededor de 101,325 Pa) y p1 representa la presión del almacén de alta presión (que normalmente puede estar entre 80 bares y 500 bares). Seguramente aparecerán otras presiones intermedias en el sistema. Por ejemplo, si hubiera tres etapas de compresión, habría presiones intermedias en (rXp0) y en (r23p0) donde r3 := (P1/P0). A los efectos de esta descripción, no es necesario adjuntar anotaciones específicas a estas presiones intermedias.
Denotamos las temperaturas más bajas de cada uno de los almacenes térmicos (1,2,3,4) como T0, 71, T2 y 73 respectivamente. Las temperaturas superiores de cada uno de estos almacenes térmicos se indican como T1, T2, T3 y T4 respectivamente. Obsérvese que la "primera temperatura" del resumen de la invención es T3 y la "segunda temperatura" del resumen de la invención es T4, la temperatura más alta del sistema.
La temperatura T4 se determina principalmente a partir de una evaluación de los materiales disponibles para los componentes sometidos a grandes esfuerzos de la maquinaria del compresor y del expansor y para los elementos del intercambiador de calor de alta presión. Por lo general, T4 será de alrededor de 1000K. T0 es la temperatura ambiente, normalmente 280K. T1 está ligeramente por debajo del punto de ebullición del agua a presión ambiente, alrededor de 370K (97 °C). T2 es exactamente el punto de ebullición del agua en la presión p1. En un proceso de diseño de un sistema real, distinguiríamos entre una temperatura T2a marginalmente por debajo de T2 y otra temperatura T2b que estuviera fraccionadamente por encima de T2, pero como aquí consideramos el comportamiento ideal, solo hay una temperatura T2. Finalmente, la temperatura T3 se determina trabajando hacia abajo desde T4 reconociendo que si cada etapa de compresión alcanza una relación de presión de r debemos tener (T4/T3) = r0 2857. Como ejemplo, si (pi/po)= 64 y hay tres etapas de compresión, entonces r = 4 y T3 = (T4/402857) = 673K si T4 = 1000K. Cualquiera de las temperaturas puede comprender un rango de 50K, 20K o 10K a ambos lados de las temperaturas dadas con anterioridad.
Durante el proceso de carga del almacén de aire a alta presión, el aire se extrae de la atmósfera y pasa a través de los elementos intercambiadores de calor 101, 201 y 301 para recoger calor, de modo que al ingresar en el primer proceso de compresión, su temperatura es T3 mientras que su presión permanece en p0. El aire pasa por varias etapas de compresión y, después de cada una, sube su temperatura a T4 pero vuelve a bajar a T3 pasando por los elementos intercambiadores de calor 400, 401, 402,... etc. Incrustados en el almacén térmico de mayor grado. Este aire pasa posteriormente hacia abajo a través de los almacenes térmicos en orden inverso (3,2,1) entregando calor a cada uno de ellos sucesivamente para que su temperatura descienda a su vez a T2, T1 y T0 respectivamente. El aire presurizado luego pasa al almacén de alta presión, 5. No hay movimiento de agua durante este proceso. Además, cuando este proceso se encuentra en estado estacionario, el movimiento neto de calor desde los almacenes térmicos de grado inferior es insignificante (1, 2, 3). Aunque el calor se elimina por el calentamiento del aire a presión ambiental antes de la compresión, este calor se recupera por el descenso de la temperatura del aire presurizado de T3 a T0.
Los tres almacenes térmicos de grado inferior (1,2,3) reciben calor desde una fuente térmica externa, 7, siempre que ese calor esté disponible. Una bomba, 8, hace circular un fluido de transferencia de calor para llevar el calor acumulado a los almacenes térmicos (3, 2, 1) en este orden. El proceso de carga de los almacenes térmicos de grado inferior (1, 2, 3) desde esta fuente externa, 7, puede producirse en cualquier momento y no necesariamente está sincronizado con la carga del almacén de aire a alta presión. La presión del fluido de transferencia de calor es sustancialmente constante en este circuito en el valor pT . El agua podría utilizarse como fluido de transferencia de calor, pero lo más frecuente es que un aceite mineral sirva en este contexto.
Durante el proceso de descarga del sistema, se extrae aire a alta presión del almacén de aire a alta presión, 5, y simultáneamente se bombea agua desde el tanque de agua, 6, utilizando la bomba 9 de modo que su presión aumenta de p0 a p1. El aire a alta presión pasa a través de las disposiciones de intercambio de calor 101, 201 y 301 de modo que su temperatura sube de T0 a T1, T2 y posteriormente a T3. El agua presurizada pasa a través de las disposiciones del intercambiador de calor 102 y 202 de modo que su temperatura sube de T0 a T1 y luego a T2. La proporción de agua que se mezcla con el aire de alta presión está determinada directamente por la bomba 9. Esta proporción se determina como un equilibrio entre dos consideraciones. La primera consideración es el requisito de que el calor que se absorbe del almacén térmico de mayor grado, 4, por kg de aire durante la descarga, sea similar al calor que se deposita en el almacén térmico de mayor grado, 4, por kg de aire durante la compresión. La segunda consideración es que después de la expansión hasta la presión ambiente p0, la temperatura de la mezcla de aire vapor expandida debe ser cercana a T1.
Después de salir del elemento de intercambio de calor 203, el agua todavía está en estado líquido. Antes de que entre en el elemento de intercambio de calor 303, el agua se evapora. Claramente (en el modelo ideal) la temperatura permanece constante entre los estados de agua y gas. El calor latente de la evaporación se entrega desde la bomba de calor, 12, que obtiene el calor de la condensación del vapor de agua en la corriente de escape del proceso de expansión. Hay muchos formatos posibles para la bomba de calor, 12, pero un formato muy obvio es que el fluido de trabajo dentro de la bomba de calor podría ser agua destilada operando entre dos presiones muy similares a p0 (en el lado de baja temperatura) y p1 (en el lado de alta temperatura).
Una vez que el agua se ha transformado en vapor luego de la inyección de calor de la bomba de calor, 12, el vapor resultante ingresa a la disposición de intercambio de calor, 303 donde se sobrecalienta a la temperatura T4 antes de mezclarse con el aire a alta presión en la unión de mezcla, 14.
La mezcla de aire y vapor entra luego en una sola etapa de expansión, 23, donde su presión vuelve a caer de p1 a p0 y su temperatura desciende correspondientemente de T4 a aproximadamente T1. En este punto, poco o nada del vapor se ha vuelto a condensar en agua líquida. La mezcla de aire vapor entra en el lado frío de la bomba de calor, 12, donde se le quita el calor haciendo que el vapor se condense. Como emerge a partir de eso, la mezcla todavía está a la temperatura T1 pero ahora contiene agua líquida transportada por una corriente de aire y posiblemente una pequeña fracción de vapor de agua. Esta mezcla procede a través de la disposición de intercambio de calor 101 y entrega todo el calor restante al almacén térmico de grado más bajo, 1. El contenido de agua se recoge en el separador 10 y vuelve a caer de forma natural en el tanque de agua 6. El aire se ventila a la atmósfera.
Variaciones del primer ejemplo.
El sistema funciona más eficazmente si el almacén de aire a alta presión, 5, es en efecto un almacén isobárico (presión constante). Sin embargo, son posibles variaciones de la invención donde el almacén es más isocórico (volumen constante). Un medio sencillo por el que se podría implementar el cambio entre tipos de almacén de aire sería la inserción de maquinaria de refuerzo de presión de relación de presión variable entre el conjunto de maquinaria principal de compresión/expansión, 11, y el almacén de aire de alta presión, 5.
En la descripción del ejemplo dado con anterioridad, el agua se propone en tres roles diferentes: (i) como principal fluido de trabajo mezclado con el aire a alta presión durante el proceso de descarga del sistema, (ii) como principal medio de almacenamiento térmico para el almacén térmico de grado más bajo y (iii) como fluido de trabajo dentro de la bomba de calor, 12. En los tres casos, es concebible que se pueda usar otro fluido. El agua es atractiva porque tiene un coste prácticamente nulo y porque tiene un calor específico muy alto como líquido. Es especialmente atractiva, por múltiples razones de ingeniería, utilizar en la bomba de calor el mismo fluido de trabajo que se utiliza para complementar el aire en el proceso de descarga. El agua también se puede utilizar como fluido de transferencia de calor asociado con la recolección de calor de grado bajo, pero por lo general sería un aceite mineral.
En el ejemplo descrito con anterioridad(Figura 2), hubo tres etapas de compresión y expansión en una sola etapa. Son posibles otras configuraciones del sistema. En los casos más sencillos de entender, todas las etapas de compresión logran la misma relación de compresión y luego todo el calor de compresión se inyecta en el almacén térmico de grado más alto, 4. En estos casos, lo único que importa es que el número de etapas de compresión sea mayor que el número de etapas de expansión. Una comparación entre el número de etapas de compresión y el número de etapas de expansión proporciona una medida bastante directa de la relación de masa entre el aire y el agua en todos los casos. En los casos en que se utilizó más de una etapa de expansión, una primera etapa de expansión podría reducir la temperatura de la mezcla de aire y vapor a la temperatura T2 para que la mezcla se recalentara a T4, antes de una segunda etapa de expansión. Una persona experta en la técnica de diseñar este tipo de sistemas se aseguraría de que el calor que se retira de los diferentes almacenes térmicos se equilibre mediante el calor neto que se deposita en dichos almacenes.
En algunas variaciones de este primer ejemplo, es posible omitir una capa de los almacenes térmicos: el almacén térmico 3. A través de una elección juiciosa de la cantidad de relación de presión total y la cantidad de etapas de compresión, podemos lograr T2=T3 en la descripción anterior y luego no hay requisito para el almacén térmico 3. En algunas variaciones de este ejemplo, puede ser adecuado omitir la bomba de calor, 12. Esto es especialmente probable cuando la temperatura, T2, está por encima de 647K (suponiendo que se utilice agua como fluido de trabajo adicional). En la mayoría de los casos, esta bomba de calor debería estar presente.
Otros ejemplos no reivindicados.
En todos los ejemplos restantes descritos en la presente, el fluido adicional utilizado en el proceso de expansión es aire, comprimido isotérmicamente a partir del aire ambiente mediante el uso de una instalación de compresión separada de la instalación de compresión multietapa. Nos referimos a estos ejemplos colectivamente como los "ejemplos de aire". Las Figuras 4, 6 y 7 respaldan la descripción del segundo, tercero y cuarto ejemplo de la invención que entran en la categoría de "ejemplos de todo aire". Donde anteriormente tres almacenes térmicos separados comprendían la disposición para el almacenamiento de calor de grado bajo, aquí se emplea un único almacén térmico para todo el almacenamiento de calor de grado bajo. Por coherencia con las definiciones de los primeros ejemplos, la primera y segunda temperatura del resumen de esta invención se denotan T3 y T4 respectivamente y las cantidades T1 y T2 no tienen ningún significado aquí.
La Figura 4 presenta un diagrama esquemático de un segundo ejemplo no reivindicado de la invención. En la Figura 4, la instalación de compresión multietapa comprende tres etapas.
La Figura 5 está compuesta por tres gráficos que muestran tres formas alternativas en las que un proceso de expansión de dos etapas podría extraer calor de los almacenes térmicos de grado inferior y grado superior.
La Figura 6 presenta un diagrama esquemático para el tercer ejemplo en el que la instalación de compresión multietapa comprende cinco etapas de compresión y la expansión tiene dos etapas, pero el escape desde la primera etapa de expansión no cae cerca del ambiente.
La Figura 7 presenta un diagrama esquemático para el tercer ejemplo en el que la instalación de compresión multietapa comprende cinco etapas de compresión y la expansión tiene dos etapas y, en este caso, el escape de la primera etapa de expansión cae cerca del ambiente.
El sistema de interés en este caso se ilustra en la Figura 4 y comprende los siguientes elementos:
- Un almacén de aire de alta presión (HP), 5. Este almacén tiene preferiblemente una característica isobárica en el sentido de que la presión del aire presurizado retenido en el almacén de aire permanece relativamente constante en todo el rango de estados entre "cargado" y "descargado". El almacenamiento a menudo se realizará como una contención submarina donde la presión externa del agua que rodea la contención reduce las tensiones que de otro modo existirían en la contención y proporciona un medio conveniente para regular la presión de almacenamiento automáticamente. También son posibles métodos alternativos para realizar esta característica isobárica, por ejemplo, bombear agua a un contenedor de volumen fijo a medida que se extrae el aire y viceversa. La presión de almacenamiento se denomina pH y normalmente será entre 20 y 500 veces mayor que la presión atmosférica, p0. - Una disposición de almacenamiento para calor de grado bajo, 123, en un rango de temperatura T0 - 73 donde T0 representa la temperatura ambiente y T3 es una "primera temperatura" por lo general entre 100 °C (373,15K) y 400 °C (773,15K).
- Una disposición de almacenamiento para calor de grado alto, 4, en un rango de temperatura T3 - T4 donde T4 es una "segunda temperatura" por lo general en el rango de 300 °C (573,15K) y 650 °C (923,15K).
- Un primer recurso de compresión, 2012. Se trata invariablemente de un compresor multietapa que acepta aire de admisión a presión ambiente, pero a una temperatura elevada T3 (la "primera temperatura" del resumen de la invención). El aire ingresa en cada etapa de este compresor multietapa a la "primera temperatura" y sale a T4, la "segunda temperatura". Esta máquina corresponde a los elementos 20, 21 y 22 en conjunto de la Figura 2. Gran parte (generalmente todo) del calor de compresión desarrollado a partir de este recurso de compresión pasa a la disposición de almacenamiento térmico de grado alto, 4. Este primer recurso de compresión comprenderá normalmente un compresor accionado eléctricamente. Eleva la presión del aire desde la presión ambiental hasta la presión de almacenamiento, pH. El número de etapas de compresión se indica como Nc. Después de cada una de estas etapas, la temperatura del aire ha subido a aproximadamente la segunda temperatura, T4, y el calor se elimina del aire nuevamente de inmediato después de la etapa de compresión para regresar la temperatura del aire a la primera temperatura, T3.
- Un segundo recurso de compresión, 40. Todo el calor de compresión de esto se rechaza directamente al entorno ambiental. A veces, esto puede comprender un conjunto de convertidores de energía de olas que actúan para comprimir el aire hasta la presión pH. Como alternativa, podría representar un compresor acoplado mecánicamente a un rotor de turbina eólica o al denominado compresor hidráulico, donde el flujo de agua se utiliza directamente para extraer aire a profundidades sustanciales debajo de la superficie.
- Un recurso de expansión, 23. El recurso de expansión convierte toda la exergía almacenada tanto en el almacén de aire de HP (5) como en los almacenes térmicos (123 y 4) nuevamente en trabajo mecánico y posteriormente en electricidad utilizando un motor/generador eléctrico, 13. El recurso de expansión, 23, puede ser a veces un dispositivo de una sola etapa si la presión de almacenamiento, pH, no es muy alta. Por lo general, para presiones de almacenamiento de 60 bares e inferiores, se utilizará una instalación de expansión de una sola etapa. Para presiones de almacenamiento superiores, el recurso de expansión comprenderá normalmente al menos dos etapas. Cuando hay dos etapas presentes en el recurso de expansión, hay varias opciones sensibles según los detalles del almacén de aire disponible y la temperatura máxima a la que existe la posibilidad de capturar el calor externo. Cada arreglo diferente de expansión de dos etapas se puede describir en términos de las temperaturas en la entrada y la salida. Por lo tanto, un arreglo tiene una trayectoria de temperatura T4-T0-T4-T0 mientras que otro tiene una trayectoria de temperatura T4-T0-T3-T0 y otro todavía sigue T4-T3-T4-T0.
- Una disposición de intercambio de calor, 100, utilizada para elevar el aire a presión ambiental desde la temperatura T0 hasta la temperatura T3 extrayendo calor del almacén térmico de grado bajo, 123, para que ese aire esté listo para ingresar al primer recurso de compresión, 2012.
- Una disposición de intercambio de calor, 200, utilizada para intercambiar calor entre el aire presurizado hasta la presión de almacenamiento, pH, y el almacén térmico de grado bajo, 123. Este intercambio de calor opera entre las temperaturas T0 y T3 y puede operar en ambos sentidos: ya sea enfriando el aire de HP antes de su entrada en el almacén de aire de HP 5 o calentando el aire de HP después de su salida del almacén de HP.
- Una disposición de intercambio de calor, 300, utilizada para intercambiar calor entre el aire presurizado hasta la presión de almacenamiento, pH, y el almacén térmico de grado alto, 4. Este intercambio de calor opera entre las temperaturas T1 y T2 y puede operar en ambos sentidos: ya sea enfriando el aire de HP antes de su salida de la etapa final del segundo recurso de compresión, 40, o calentando el aire de HP antes de su entrada en la primera etapa del recurso de expansión, 23.
- Otra disposición de intercambio de calor, 400, utilizada solo para transferir calor entre el aire parcialmente comprimido y el almacén térmico de grado alto, 4.
- Otras disposiciones de intercambio de calor, 500, utilizadas solo para transferir calor entre el aire parcialmente expandido y los almacenes térmicos, 4 y/o 123. Si el recurso de expansión, 23, tiene dos etapas, entonces ciertamente habrá una disposición de intercambio de calor 500 y podría haber o no un elemento 501, etc.
- Una disposición de captación térmica, 7, utilizada para recoger calor de alguna fuente externa en el rango de temperatura T0 a 73. Para simplificar, consideramos que esta disposición incluye alguna instalación de bombeo para impulsar un fluido de transferencia de calor para respaldar la transferencia de calor hacia el almacén térmico de grado bajo, 123.
Números de etapas de compresión y expansión para los ejemplos de todo aire.
En cada uno de los ejemplos de todo aire, hay dos recursos de compresión distintos presentes en el sistema. El primer recurso de compresión, 2012, comprende etapas de compresión Nc con enfriamiento del aire desde la temperatura T4 hasta T3 inmediatamente después de cada etapa en un conjunto especial de intercambiadores de calor. En la mayor parte de los casos de esta invención, todo el calor de compresión de este primer recurso de compresión, 2012, emerge en el rango de temperatura T3 - T4. Es posible concebir instancias de la invención donde el aire que ingresa a algunas de las etapas de compresión dentro del primer recurso de compresión, 2012, esté a temperatura ambiente T0 pero en la mayor parte de los casos es preferible que el aire que ingresa a cada una de estas etapas esté a temperatura T3. Para el resto de este documento, se supone que todas las etapas del primer recurso de compresión, 2012, introducen aire a la temperatura T3 y lo descargan a T4.
El segundo recurso de compresión, el 40, rechaza el calor de compresión al ambiente y no es relevante cuántas etapas de compresión emplea. El número real generalmente será una compensación entre el rendimiento y el coste. La disposición de expansión, 23, a menudo comprende una sola etapa de compresión, en especial cuando la presión de almacenamiento, pH, no es muy alta (por ejemplo, pH < 60 bares). Para presiones de almacenamiento más altas, es probable que el recurso de expansión, 23, comprenda dos o más etapas. Incluso con dos etapas de expansión, hay varias configuraciones lógicas posibles para el recurso de expansión, 23. La Figura 5 indica tres configuraciones diferentes donde el recurso de expansión, 23, comprende dos etapas. En la Figura 5a, la temperatura del aire sigue el trayecto T4-T0-T4-T0. En la Figura 5b, la temperatura del aire sigue el trayecto T4-T0-T3-T0. En la Figura 2c, la temperatura del aire sigue el trayecto T4-T3-T4-T0. La sección de cálculo que sigue a esto aplica diferentes identidades según el enfoque de expansión que se utilice. Obsérvese que en todos los casos analizados aquí, la disposición de expansión, 23, descarga aire a temperatura ambiente T0 y presión ambiente p0 de modo que no se pierda exergía innecesariamente. Es posible que algunos casos de esta invención utilicen tres o más etapas de expansión en el recurso de expansión 23, pero las extensiones para tratar con más etapas son relativamente triviales y, por lo tanto, no recibirán mayor análisis.
Cálculos relevantes para el diseño de ejemplos de todo aire.
Estos cálculos aclaran la intención del diseño del sistema para los casos en los que el diseño del sistema entra en la categoría de "ejemplos de todo aire". En estos cálculos supusimos un comportamiento ideal de todos los componentes y que el aire se comporta como un gas ideal simple con un valor constante de y=1,40 y un calor específico constante. La temperatura ambiente se toma como T0 = 290K y la constante de gas específica para el aire se toma como Raire = 287 J/kgK. Estas simplificaciones brindan la capacidad de realizar cálculos aproximados del sistema para el diseño del sistema. Evidentemente, el perfeccionamiento del sistema lo llevaría a cabo un ingeniero cualificado antes de su realización. Definimos la relación de presión general r como
Figure imgf000011_0001
La relación de compresión en cada etapa de compresión del primer recurso de compresión, 2012, es
Figure imgf000011_0002
Las temperaturas T 3 y T 4 están relacionadas por
Figure imgf000011_0003
donde
Figure imgf000011_0004
Para aire con y=1,4, encontramos que %=0,2856. La temperatura T3 se determina principalmente por el conocimiento de la disposición de expansión. Si solo hay una etapa en el recurso de expansión, 23, entonces
Figure imgf000012_0001
En este caso, el balance de calor en el almacén de aire a alta temperatura exige que la masa de aire que pasó por el proceso de expansión, me, esté relacionada con m2 (la masa de aire que pasó por la primera instalación de compresión, 2012 , según
Figure imgf000012_0002
Si la expansión tiene dos etapas, dependiendo de si estas etapas de expansión siguen la Figura 5a, la Figura 5b o la Figura 5c, las temperaturas T3 y T4 se calculan a partir de las ecuaciones (7a), (7b) o (7c) respectivamente (combinadas con ecuaciones (1) a (3)):
Figure imgf000012_0003
Considerando que el aire que se expande debe eliminar la misma cantidad de calor del almacén térmico de grado alto, 4, que la que introduce el aire durante el proceso de compresión, podemos determinar la relación entre m2 y me como ecuación (8a), (8b) o (8c) según si la Figura 5a, la Figura 5b o la Figura 5c describen el proceso de expansión:
Figure imgf000012_0004
La conservación de la masa dicta que la masa total de aire expandido en un ciclo completo de descarga debe ser idéntica a la suma de las masas de aire comprimido en un ciclo completo de carga de los dos recursos de compresión distintos, 2012 y 40. Denotando estas masas de aire como mi y m2 respectivamente y denotando mediante me la masa de aire que pasa por el recurso de expansión, 23, tenemos
Figure imgf000012_0005
La primera acción de compresión comprende Nc etapas, cada una con una relación de presión similar, s. El trabajo total realizado para comprimir una determinada masa de aire, mi , a través del segundo recurso de compresión (30) está dado por
Si el segundo recurso de compresión, 40, es isotérmico a la temperatura T0 (como suele ser el caso), el trabajo realizado para comprimir una determinada masa de aire, m2, está dado por
Aquí RAire es la constante de gas específica para el aire: aproximadamente 287,3 J/kgK.
El trabajo realizado en expansión depende de la configuración del recurso de expansión, 23. Si la expansión tiene lugar en una sola etapa, tenemos
Figure imgf000013_0001
Si el recurso de expansión, 23, comprende dos etapas, entonces las mismas pueden configurarse como indica la Figura 5a, la Figura 5b o la Figura 5c. Entonces, el trabajo realizado por una masa, me, de aire a medida que se expande está dado por las ecuaciones (13a), (13b) o (13c), respectivamente
w h = 2/«r, ( (/; -/;,)/* (13a) wk= ((7; - r0)+(r, - t0))/x (13b)
La cantidad de calor requerido de la entrada de calor externa es fácil de calcular. Depende únicamente de la cantidad de veces que el aire en expansión se calienta hasta (o por encima) la temperatura T1. Para la expansión de una sola etapa o la expansión que sigue a la Figura 5c, el calor que debe proporcionar la fuente externa es
Figure imgf000013_0002
Si el aire que se expande pasa dos veces por el rango de temperatura de To a T3 (como sucede en la Figura 5a y la Figura 5b), entonces el calor que debe proporcionar la fuente externa es
Figure imgf000013_0003
El análisis anterior permite llevar a cabo los cálculos de diseño para cualquier sistema siguiendo ejemplos de la presente divulgación, donde el fluido gaseoso adicional también es aire que ha sido comprimido adiabáticamente por algún recurso, donde el recurso de expansión, 23, es una etapa o dos etapas y donde el primer recurso de compresión, 2012, comprende Nc etapas con entrada de aire a cada una de esas etapas a temperatura T3.
Un segundo ejemplo no reivindicado es una instancia de un "ejemplo de todo aire". La Figura 4 representa el sistema analizado en este primer ejemplo. El almacén de aire de HP, 5, retiene aire a 60 bares, pH = 6x106 Pa. Hay tres etapas de compresión (Nc = 3) y solo hay una etapa de expansión. Tomando la presión atmosférica como 101 325 Pa (1 atm), calculamos r = 59,22. Si la temperatura atmosférica es de 285 K, determinamos que la temperatura más alta, T4, es T4 = 914,7K (641,5 °C) y la temperatura intermedia, T3, es T3 = 620,1K (347 °C).
En este sistema, cada 1 kg de aire comprimido por el primer recurso de compresión, 2012, debe ir acompañado de 2 kg adicionales comprimidos por el segundo recurso de compresión, 40, para que 3 kg de aire fluyan a través del expansor para absorber el calor del almacén térmico de grado alto, 4.
Mediante el uso de la ecuación (10) cada 1kg de aire presurizado por el primer recurso de compresión, 2012, absorbe 887,7kJ de trabajo. De la ecuación (11), cada 1 kg de aire presurizado por el segundo recurso de compresión, 40, absorbe 333,8kJ de trabajo. En promedio, el trabajo de entrada realizado por kg de aire comprimido es de 518,4kJ.
Empleando la ecuación (12), se observa que el trabajo extraído de cada 1 kg en la instalación de expansión es de 632,5kJ. En resumen, está claro que este sistema es un generador neto con un factor de 1,22 que relaciona el trabajo de salida (electricidad) con el trabajo de entrada total. Esto supone que todos los componentes se comportan de manera ideal. Ya que no lo harán en la realidad,
es probable que la relación real entre el trabajo de salida y el trabajo de entrada caiga por debajo de 1. Si el segundo recurso de compresión, 40, no es accionado por energía eléctrica, la relación entre la energía eléctrica de salida y la energía eléctrica de entrada en este caso podría ser de hasta 2,137 (= 632,5/(887,73(1/3))).
El calor suministrado externamente para cargar el almacén térmico de grado inferior 123 es lo que hace posible que este sistema exporte más trabajo del que toma. Utilizando la ecuación (14), calculamos que el calor inyectado por cada 1 kg de aire expandido es de 336,5kJ
Es instructivo examinar la relación entre la exergía total almacenada por este sistema en un estado completamente cargado y la exergía que se almacena solo en el almacén de aire de HP. Dado que cada 1 kg de aire comprimido isotérmicamente contiene solo 333,8kJ de trabajo y cada 1 kg de aire extraído del almacén de aire de HP, 5, entrega hasta 632,5kJ, observamos que la capacidad neta de almacenamiento de exergía del sistema que se estudia aquí es 1,89 veces mayor que la capacidad de almacenamiento de exergía de los almacenes de aire de HP solos. Obviamente, la capacidad de almacenamiento adicional surge de los almacenes de energía térmica.
Un tercer ejemplo no reivindicado, otra instancia de un "ejemplo de todo aire".
El sistema analizado en este ejemplo (que se muestra esquemáticamente en la Figura 6) utiliza cinco etapas de compresión (Nc = 5) y hay dos etapas de expansión siguiendo el patrón que se muestra en la Figura 5c. El almacén de aire de HP, 5, retiene aire a 120 bares, pH= 120x106Pa. Tomando la presión atmosférica como 101 325 Pa (1 atm), calculamos r = 118,43. Si la temperatura atmosférica es de 285 K, determinamos que la segunda temperatura, T4 , es T4 = 848,7 K (575,6 °C) y la primera temperatura, T3, es T3 = 646,1 K (372,9 °C).
En este sistema, cada 1 kg de aire comprimido por el primer recurso de compresión, 2012, debe ir acompañado de 1,5 kg comprimidos por el segundo recurso de compresión, 40, para que 2,5kg de aire fluyan a través del expansor para absorber el calor del almacén térmico de grado alto, 4.
Mediante el uso de la ecuación (10) cada 1kg de aire presurizado por el primer recurso de compresión, 2012, absorbe 1.017,8kJ de trabajo. De la ecuación (11), cada 1 kg de aire presurizado por el segundo recurso de compresión, 40, absorbe 390,5kJ de trabajo. En promedio, el trabajo de entrada realizado por kg de aire comprimido es de 641,4kJ.
Empleando la ecuación (13c), se observa que el trabajo promedio extraído de cada 1 kg en la instalación de expansión es de 929,0kJ. Este sistema es un generador neto con un factor de 1,45 que relaciona el trabajo de salida (electricidad) con el trabajo de entrada, suponiendo que todos los componentes se comportan de manera ideal. En realidad, debido a las irreversibilidades en varios lugares del sistema, la relación real entre el trabajo total de salida y el trabajo total de entrada probablemente sea de alrededor de 1,2. Si el segundo recurso de compresión, 40, no es accionado por energía eléctrica, la relación entre la energía eléctrica de salida y la energía eléctrica de entrada en este caso podría ser de hasta 2,282 (= 929,0/(1017,83(2/5))).
El calor suministrado externamente para cargar el almacén térmico de grado inferior 123 es lo que hace posible que este sistema exporte más trabajo del que toma. Utilizando la ecuación (14), calculamos que el calor inyectado por cada 1 kg de aire expandido es de 362,7kJ
Es instructivo examinar la relación entre la exergía total almacenada por este sistema en un estado completamente cargado y la exergía que se almacena solo en el almacén de aire de HP. Dado que cada 1 kg de aire comprimido isotérmicamente contiene solo 390,5kJ de trabajo y cada 1 kg de aire extraído del almacén de aire de HP, 5, entrega hasta 1.017,8kJ, observamos que la capacidad neta de almacenamiento de exergía del sistema que se estudia aquí es 2,37 veces mayor que la capacidad de almacenamiento de exergía de los almacenes de aire de HP solos. Obviamente, la capacidad de almacenamiento adicional surge de los almacenes de energía térmica. En este caso, se retienen cantidades sustanciales de calor en el almacén térmico de grado alto 4.
Un cuarto ejemplo no reivindicado, otra instancia de un "ejemplo de todo aire".
El sistema analizado en este tercer ejemplo (que se muestra esquemáticamente en la Figura 7) utiliza cuatro etapas de compresión (Nc = 4) y hay dos etapas de expansión siguiendo el patrón que se muestra en la Figura 2a. El almacén de aire de HP, 5, retiene aire a 400 bares, pH = 400x106 Pa. Tomando la presión atmosférica como 101325 Pa (1 atm), calculamos r = 394,77. Si la temperatura atmosférica es de 285 K, determinamos que la temperatura más alta (la segunda temperatura), T4, es T4 = 669,5K (396,4 °C) y la temperatura intermedia (la primera temperatura), T3, es T3 = 436,8K (163,7 °C).
En este sistema, cada 1 kg de aire comprimido por el primer recurso de compresión, 2012, debe ir acompañado de 1 kg comprimidos por el primer recurso de compresión, 40, para que 2 kg de aire fluyan a través del expansor para absorber el calor del almacén térmico de grado alto, 4.
Mediante el uso de la ecuación (10), cada 1 kg de aire presurizado por el primer recurso de compresión, 2012, absorbe 862,3kJ de trabajo. De (11), cada 1 kg de aire presurizado por el segundo recurso de compresión, 40, absorbe 465,5kJ de trabajo. En promedio, el trabajo de entrada realizado por kg de aire comprimido es de 663,8kJ. Empleando la ecuación (13a), se observa que el trabajo extraído de cada 1 kg en la instalación de expansión es de 718,3kJ. Este sistema es un generador neto con un factor de 1,08 que relaciona el trabajo de salida (electricidad) con el trabajo de entrada, suponiendo que todos los componentes se comportan de manera ideal. En realidad, la relación real entre el trabajo de salida total y el trabajo total de entrada sería menor que 1. Si el segundo recurso de compresión, 40, no es accionado por energía eléctrica, la relación entre la energía eléctrica de salida y la energía eléctrica de entrada en este caso podría ser de hasta 1,666 (= 718,3/(862,33(2/4))).
El calor suministrado externamente para cargar el almacén térmico de grado inferior 123 es lo que hace posible (al menos en teoría) que este sistema exporte más trabajo del que toma. Utilizando la ecuación (14), calculamos que el calor inyectado por cada 1 kg de aire expandido es de 143,5kJ
Cada 1 kg de aire comprimido isotérmicamente contiene solo 390,5kJ de trabajo y cada 1 kg de aire extraído del almacén de aire de HP, 5, entrega hasta 718,3kJ, observamos que la capacidad neta de almacenamiento de exergía del sistema que se estudia aquí es 1,54 veces mayor que la capacidad de almacenamiento de exergía de los almacenes de aire de HP solos. La capacidad de almacenamiento adicional surge de los almacenes de energía térmica.
Otros ejemplos están intencionalmente dentro del alcance de la invención tal como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de almacenamiento de energía que comprende: un volumen de almacenamiento para almacenar gas comprimido; un compresor de gas multietapa (2012) configurado para comprimir aire que ha sido calentado a una primera temperatura (T3), siendo la compresión tal que el aire que sale de cada etapa de compresión alcanza una segunda temperatura (T4);
un expansor (23) configurado para operar solo durante el modo de descarga para extraer trabajo del gas que ingresa al expansor (23) a la segunda temperatura y de cuyo expansor (23) emerge el gas de escape a una temperatura significativamente más baja que la primera temperatura, en donde el gas comprende el aire del compresor de gas de multietapa (2012);
uno o más primeros almacenes térmicos (1,2,3,4) configurados para retener calor a temperaturas en un rango hasta la primera temperatura (T3) y; uno o más segundos almacenes térmicos (1, 2, 3, 4) configurados para retener calor a temperaturas en un rango entre la primera temperatura (T3) y la segunda temperatura (T4); y
una captación térmica para capturar calor de una fuente externa (7) para su almacenamiento en uno o más primeros almacenes térmicos a temperaturas en un rango hasta la primera temperatura (T3);
en donde el sistema puede operarse para almacenar energía en un modo de carga, comprendiendo el modo de carga dos o más procesos de carga diferentes que operan de forma independiente; y en donde los dos o más procesos de carga comprenden:
un primer proceso de carga en el que el aire se comprime en el compresor multietapa (2012) para llenar el volumen de almacenamiento con gas presurizado y simultáneamente el segundo almacén térmico se llena de calor; y un segundo proceso de carga en el que el primer almacén térmico se llena de calor; y en donde la masa total de gas expandido en el expansor (23) en un modo de descarga es mayor que la masa total de gas comprimido en el compresor de gas multietapa (2012) en el primer proceso de carga.
2. El sistema de almacenamiento de energía de la reivindicación 1, en donde se introduce un fluido gaseoso adicional en el expansor para aumentar la masa total de fluido gaseoso.
3. El sistema de almacenamiento de energía de la reivindicación 2, en donde el fluido gaseoso adicional introducido en el expansor es gas comprimido; o vapor obtenido por evaporación de agua, y opcionalmente ha sido comprimido sin compresión eléctrica.
4. El sistema de almacenamiento de energía de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los medios de captura de calor comprenden un medio de captura de energía solar térmica concentrada.
5. El sistema de la reivindicación 1, en donde el expansor es un expansor multietapa.
6. El sistema de la reivindicación 5, en donde el gas es calentado a la segunda temperatura por el segundo almacén térmico o el primer y segundo almacén térmico, antes de cada etapa de expansión del expansor multietapa.
7. Un método para almacenar y liberar energía, comprendiendo el método:
calentar aire a una primera temperatura utilizando el calor almacenado en un primer almacén de calor; presurizar el aire calentado de modo que su temperatura suba desde la primera temperatura (T3) a una segunda temperatura (T4);
extraer calor del aire presurizado para enfriar el aire desde la segunda temperatura (T4) a la primera temperatura (T3) y almacenar el calor extraído en un segundo almacén de calor;
extraer calor del aire presurizado para enfriar más el aire desde la primera temperatura (T3) a una tercera temperatura y almacenar el calor extraído en el primer almacén térmico;
almacenar el aire presurizado en un volumen de almacenamiento;
calentar un gas presurizado desde el volumen de almacenamiento a la primera temperatura (T3) utilizando el calor del primer almacén térmico, en donde el gas presurizado comprende el aire presurizado;
calentar el gas presurizado a la segunda temperatura (T4) utilizando el calor del segundo almacén térmico; expandir el gas presurizado para extraer trabajo del gas presurizado de modo que el gas se enfríe desde la segunda temperatura (T4) a una temperatura más baja y
almacenar calor de una fuente de calor externa (7) en el primer almacén térmico
en donde la masa total del gas presurizado cuando se expande es mayor que la masa total del aire presurizado.
8. El método de la reivindicación 7, en donde el primer almacén térmico comprende una pluralidad de primeros almacenes térmicos; y en donde:
calentar el gas a la primera temperatura comprende calentar el gas en cada una de la pluralidad de primeros almacenes térmicos; y extraer calor desde el gas presurizado para enfriar el gas presurizado desde la primera temperatura a una tercera temperatura y almacenar el calor extraído en el primer almacén térmico comprende almacenar una parte del calor extraído en cada una de la pluralidad de primeros almacenes térmicos.
9. El método de la reivindicación 7 o la reivindicación 8, en donde presurizar el gas calentado comprende presurizar el gas en una pluralidad de etapas de compresión, y en donde el calor se extrae desde el gas presurizado después de cada una de la pluralidad de etapas y se almacena en el segundo almacén de calor.
10. El método de la reivindicación 7, en donde la fuente de calor externa comprende un colector de energía solar.
11. El método de cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, que comprende además el paso de añadir un fluido adicional al gas presurizado antes de expandir el gas presurizado; y en donde expandir el gas presurizado comprende expandir el gas presurizado y el fluido adicional.
12. El método de la reivindicación 11, en donde añadir el fluido adicional al gas presurizado comprende calentar el fluido adicional utilizando el calor almacenado en el primer y/o segundo almacén térmico.
13. El método de la reivindicación 11 o 12, en donde el fluido adicional comprende aire o vapor.
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Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3577385A4 (en) 2017-02-01 2021-05-05 Hydrostor Inc. COMPRESSED GAS ENERGY STORAGE SYSTEM WITH HYDROSTATIC COMPENSATION
EP3592671B1 (en) 2017-03-09 2024-04-24 Hydrostor Inc. A thermal storage apparatus for a compressed gas energy storage system
TR201709660A2 (tr) * 2017-06-30 2019-01-21 Deniz Kazanci Bi̇r ekserji̇ bazli opti̇mal çikti i̇çeren akişkan debi̇si̇ kontrollü si̇stem
GB2567821A (en) 2017-10-24 2019-05-01 Storelectric Ltd Compressed air energy storage system with thermal management system
CN108590790B (zh) * 2018-04-16 2020-10-09 华北电力大学 液化气体储能发电装置及其储能发电方法
CA3126561A1 (en) 2019-01-15 2020-07-23 Hydrostor Inc. A compressed gas energy storage system
US20230110494A1 (en) * 2019-02-08 2023-04-13 Hydrostor Inc. Reversible heat exchangers in compressed air energy storage systems
CA3128774A1 (en) 2019-02-27 2020-09-03 Hydrostor Inc. A hydrostatically compensated caes system having an elevated compensation liquid reservoir
CN110259662B (zh) * 2019-05-21 2020-06-19 西安交通大学 基于双井结构热盐井的辅助增压再热式压缩空气储能系统及方法
DE102019133904A1 (de) * 2019-12-11 2021-06-17 Man Energy Solutions Se Verfahren zum Beladen eines thermischen Hochtemperaturspeichers mittels eines Verdichter-Expander-Systems
CN113417709B (zh) * 2021-06-02 2022-04-22 中国科学院理化技术研究所 耦合高温热泵循环的液态空气储能方法及系统
CN114382560B (zh) * 2021-12-03 2024-06-18 中国建筑科学研究院有限公司 一种光伏发电与压缩空气储能耦合的热电联产系统
CN115405495B (zh) * 2022-08-29 2023-10-24 西安交通大学 一种压缩空气储能耦合热泵的冷电氢联产系统及运行方法
JP2024054757A (ja) * 2022-10-05 2024-04-17 株式会社日立産機システム 圧縮空気エネルギ貯蔵装置およびヒートポンプ装置
CN117308663B (zh) * 2023-10-18 2024-05-07 浙江大学 压缩空气储能系统及其运行方法

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3677008A (en) * 1971-02-12 1972-07-18 Gulf Oil Corp Energy storage system and method
US6694722B2 (en) * 2001-08-17 2004-02-24 Alstom Technology Ltd Recuperator for thermal power installation
WO2009044139A2 (en) 2007-10-03 2009-04-09 Isentropic Limited Energy storage
US20120038170A1 (en) * 2009-04-28 2012-02-16 Stuart Alex J Wind Energy Generating and Storing System
WO2010125568A2 (en) * 2009-04-28 2010-11-04 Technion- Research And Development Foundation Ltd. A system for wind energy harvesting and storage wising compressed air and hot water
US8863519B2 (en) 2011-08-15 2014-10-21 Powerphase Llc High output modular CAES (HOMC)
GB2501685A (en) 2012-04-30 2013-11-06 Isentropic Ltd Apparatus for storing energy
GB2501683A (en) * 2012-04-30 2013-11-06 Isentropic Ltd Energy storage apparatus
EP2687702A1 (en) * 2012-07-20 2014-01-22 Alstom Technology Ltd Energy storage system and method for energy storage
WO2014161065A1 (en) 2013-04-03 2014-10-09 Sigma Energy Storage Inc. Compressed air energy storage and recovery
GB2519626B (en) 2013-08-07 2017-08-23 Energy Tech Inst Llp Hybrid power generation system
DE102014118466B4 (de) * 2014-12-11 2017-01-12 Apt Gmbh - Angewandte Physik & Technologie Vorrichtung und Verfahren zum vorübergehenden Speichern von Gas und Wärme

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