ES2961715T3

ES2961715T3 - Dispositivo de almacenamiento de energía

Info

Publication number: ES2961715T3
Application number: ES18878788T
Authority: ES
Inventors: Zhihong Liu
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2017-11-16
Filing date: 2018-10-16
Publication date: 2024-03-13
Anticipated expiration: 2038-10-16
Also published as: AU2018370396B2; CN110945306A; CN110945306B; EP3712549A4; US11156410B2; JPWO2019097932A1; DK3712549T3; JP6760517B2; WO2019097932A1; AU2018370396A1; EP3712549A1; EP3712549B1; US20200149825A1

Abstract

Este dispositivo de almacenamiento de energía 100 está provisto de: un primer intercambiador de calor 130 que intercambia calor entre un gas y partículas sólidas; una unidad de suministro de gas 110 que suministra gas al primer intercambiador de calor; un calentador 124 que calienta el gas que se va a suministrar al primer intercambiador de calor o el gas dentro del primer intercambiador de calor consumiendo electricidad; un separador de gas sólido 140 que realiza la separación de gas sólido de una mezcla de gas sólido que se descarga desde el primer intercambiador de calor; un tanque de alta temperatura 150 y un tanque de baja temperatura 160, en los que se retienen las partículas sólidas separadas por el separador sólido-gas; un primer dispositivo de utilización de calor 180 que utiliza la energía térmica de un gas que se separa mediante el separador de gas sólido; una unidad de suministro de partículas de alta temperatura 152 que suministra las partículas sólidas retenidas en el tanque de alta temperatura al primer intercambiador de calor; y una unidad de suministro de partículas de baja temperatura 162 que suministra las partículas sólidas retenidas en el tanque de baja temperatura al primer intercambiador de calor. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de almacenamiento de energía

Campo técnico

La presente invención se refiere a un dispositivo de almacenamiento de energía.

Antecedentes de la técnica

Una cantidad de la potencia generada (denominada, en lo sucesivo en el presente documento, "cantidad de potencia generada") y una cantidad de la potencia de demanda (denominada, en lo sucesivo en el presente documento, "cantidad de potencia de demanda") no coinciden siempre. Por lo tanto, puede generarse una potencia excedente ("cantidad de potencia generada" - "cantidad de potencia demandada" >0) o puede requerirse potencia ("cantidad de potencia generada" - "cantidad de potencia demandada" < 0, por ejemplo, tiene lugar una escasez de potencia) en algunos casos. En particular, en la generación de potencia usando energía renovable, tal como la generación de energía eólica y la generación de energía solar, la cantidad de la potencia excedente y la cantidad de la escasez de potencia son grandes.

En vista de esto, se ha desarrollado un dispositivo que incluye un bloque de ladrillos que contiene calentadores eléctricos y que tiene trayectorias de flujo formadas en el mismo (por ejemplo, la bibliografía de patentes 1). En la tecnología de la bibliografía de patentes 1, los calentadores eléctricos se accionan cuando se genera una potencia excedente para calentar el bloque de ladrillos y almacenar el calor. Entonces, en la tecnología de la bibliografía de patentes 1, cuando se requiere potencia (por ejemplo, cuando tiene lugar una escasez de potencia), se hace fluir agua a través de las trayectorias de flujo de tal modo que el agua es calentada por el calor almacenado. Posteriormente, en la tecnología de la bibliografía de patentes 1, se genera potencia rotando una turbina a través del uso del agua calentada (vapor de agua). El documento WO 2014/022451 A1 divulga un sistema de almacenamiento de calor de partículas en el que se inyecta gas caliente en la parte de debajo de un reactor intercambiador de calor y se insertan partículas frías en la parte de arriba. Las partículas son calentadas por el gas caliente y descargadas en la parte de debajo del reactor. Las partículas calentadas se almacenan entonces en un recipiente de almacenamiento de energía térmica.

Lista de citas

Bibliografía de patentes

Bibliografía de patentes 1: US 2008/0219651 A

Sumario

Problema técnico

Para estabilizar una red eléctrica (para lograr una red inteligente), se conoce una tecnología para convertir potencia excedente en calor y para almacenar el calor de tal modo que el calor almacenado puede usarse según se requiera. En esta tecnología, hay una demanda de desarrollo en una tecnología de almacenamiento eficiente del calor o de uso eficiente del calor almacenado.

La presente invención se ha realizado en vista de los problemas mencionados anteriormente, y tiene el objeto de proporcionar un dispositivo de almacenamiento de energía capaz de convertir potencia en calor y de almacenar de forma eficiente el calor de tal modo que el calor se puede usar de forma eficiente según se requiera.

Solución al problema

Para solucionar el problema mencionado anteriormente de acuerdo con la presente invención, se proporciona un dispositivo de almacenamiento de energía de acuerdo con la reivindicación 1 que incluye: un primer intercambiador de calor para abastecerse con gas desde un acceso de suministro de gas formado en una superficie de debajo o una porción inferior del primer intercambiador de calor y para abastecerse con partículas sólidas desde arriba del acceso de suministro de gas, estando configurado el primer intercambiador de calor para intercambiar calor entre el gas y las partículas sólidas; un suministrador de gas configurado para suministrar gas al primer intercambiador de calor; un calentador configurado para consumir potencia para calentar uno cualquiera de o ambos de gas alimentado desde el suministrador de gas que va a suministrarse al primer intercambiador de calor y gas presente en el primer intercambiador de calor; un separador de sólido - gas configurado para separar gas y sólido en una mezcla de sólido - gas descargada desde el primer intercambiador de calor; un tanque de alta temperatura y un tanque de baja temperatura, configurado cada uno para almacenar las partículas sólidas separadas por el separador de sólido - gas; un primer dispositivo de utilización de calor configurado para usar energía térmica del gas separado por el separador de sólido - gas; un suministrador de partículas de alta temperatura configurado para suministrar las partículas sólidas almacenadas en el tanque de alta temperatura al primer intercambiador de calor; y un suministrador de partículas de baja temperatura configurado para suministrar las partículas sólidas almacenadas en el tanque de baja temperatura al primer intercambiador de calor.

El dispositivo de almacenamiento de energía puede incluir además un controlador configurado para controlar el suministrador de gas, el calentador y el suministrador de partículas de baja temperatura, en donde el controlador puede configurarse para, en un modo de almacenamiento de calor predeterminado: controlar el suministrador de gas para suministrar gas al primer intercambiador de calor; accionar el calentador para calentar el gas; y controlar el suministrador de partículas de baja temperatura para suministrar las partículas sólidas desde el tanque de baja temperatura al primer intercambiador de calor, de tal modo que las partículas sólidas son calentadas por el gas en el primer intercambiador de calor, y las partículas sólidas separadas por el separador de sólido - gas se suministran al tanque de alta temperatura.

El controlador puede configurarse para, en el modo de almacenamiento de calor, ajustar una cantidad de las partículas sólidas que van a ser suministradas por el suministrador de partículas de baja temperatura basándose en una cantidad de potencia excedente predeterminada.

El suministrador de gas puede configurarse para, en el modo de almacenamiento de calor, hacer que el gas pase a través de las partículas sólidas almacenadas en el tanque de baja temperatura y, entonces, suministrar el gas al primer intercambiador de calor.

El dispositivo de almacenamiento de energía puede incluir además un controlador configurado para controlar el suministrador de gas, el calentador y el suministrador de partículas de alta temperatura, en donde el controlador puede configurarse para, en un modo de radiación de calor predeterminado: detener el calentador; controlar el suministrador de gas para suministrar gas al primer intercambiador de calor; y controlar el suministrador de partículas de alta temperatura para suministrar las partículas sólidas desde el tanque de alta temperatura al primer intercambiador de calor, de tal modo que el gas es calentado por las partículas sólidas en el primer intercambiador de calor, las partículas sólidas separadas por el separador de sólido - gas se suministran al tanque de baja temperatura, y el gas separado por el separador de sólido - gas se suministra al primer dispositivo de utilización de calor.

El suministrador de gas puede configurarse para, en el modo de radiación de calor, hacer que el gas pase a través de las partículas sólidas almacenadas en el tanque de baja temperatura y, entonces, suministrar el gas al primer intercambiador de calor.

El controlador puede configurarse para, en el modo de radiación de calor, ajustar una cantidad de las partículas sólidas que van a ser suministradas por el suministrador de partículas de alta temperatura basándose en una temperatura de demanda de gas requerida por el primer dispositivo de utilización de calor.

El controlador puede configurarse para, en el modo de radiación de calor, controlar el suministrador de partículas de baja temperatura para suministrar las partículas sólidas desde el tanque de baja temperatura al primer intercambiador de calor.

Uno cualquiera de o ambos del suministrador de partículas de alta temperatura y el suministrador de partículas de baja temperatura pueden incluir: una pluralidad de tuberías que difieren en los caudales de partículas sólidas que pasan a su través; y una pluralidad de válvulas proporcionadas en la pluralidad de tuberías, respectivamente, y en donde el controlador puede configurarse para controlar la apertura y el cierre de cada una de la pluralidad de válvulas.

El tanque de baja temperatura puede incluir: una porción de alojamiento de baja temperatura para alojar las partículas sólidas; y un suministrador de gas fluidificante configurado para suministrar gas fluidificante desde una superficie de debajo o una porción inferior de la porción de alojamiento de baja temperatura.

El calentador puede proporcionarse en una cualquiera de o ambas de una pared del primer intercambiador de calor y una parte interior del primer intercambiador de calor.

El dispositivo de almacenamiento de energía puede incluir además: un segundo intercambiador de calor configurado para intercambiar calor entre un fluido y las partículas sólidas separadas por el separador de sólido - gas; y un suministrador de fluido configurado para suministrar el fluido sometido a un intercambio de calor por el segundo intercambiador de calor a uno cualquiera de o ambos del primer dispositivo de utilización de calor y el segundo dispositivo de utilización de calor, en donde el tanque de baja temperatura puede configurarse para almacenar las partículas sólidas sometidas a un intercambio de calor por el segundo intercambiador de calor.

El calentador puede configurarse para consumir potencia generada por uno cualquiera de o ambos de un sistema de generación de potencia que usa energía renovable y un sistema de generación de potencia que usa un generador de turbina.

Efectos de la invención

De acuerdo con la presente invención, un dispositivo de almacenamiento de energía es capaz de convertir potencia en calor y de almacenar de forma eficiente el calor de tal modo que el calor se puede usar de forma eficiente según se requiera.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 es una vista para ilustrar un dispositivo de almacenamiento de energía.

La figura 2 es una vista para ilustrar un procesamiento que va a ser realizado por un controlador en un modo de almacenamiento de calor.

La figura 3 es una vista para ilustrar un procesamiento que va a ser realizado por el controlador en un modo de radiación de calor.

La figura 4 es una vista para ilustrar una válvula de ajuste de caudal en un primer ejemplo de modificación.

La figura 5 es una vista para ilustrar una válvula de ajuste de caudal en un segundo ejemplo de modificación.

La figura 6 es una vista para ilustrar un suministrador de partículas en un tercer ejemplo de modificación.

La figura 7A es una vista para ilustrar un calentador en un cuarto ejemplo de modificación.

La figura 7B es una vista para ilustrar otro calentador en el cuarto ejemplo de modificación.

La figura 7C es una vista para ilustrar adicionalmente otro calentador en el cuarto ejemplo de modificación.

La figura 8 es una vista para ilustrar un procesamiento que va a ser realizado por un controlador en un modo de almacenamiento de calor en un quinto ejemplo de modificación.

La figura 9 es una vista para ilustrar un procesamiento que va a ser realizado por un controlador en un modo de radiación de calor en un sexto ejemplo de modificación.

Descripción de las realizaciones

A continuación, con referencia a los dibujos adjuntos, se describe con detalle una realización de la presente invención. Las dimensiones, los materiales y otros valores numéricos específicos representados en la realización son simplemente ejemplos usados para facilitar el entendimiento de la invención y no limitan la presente invención, de lo contrario se indicará en particular. Los elementos que tienen sustancialmente las mismas funciones y configuraciones en el presente documento y en los dibujos se indican mediante los mismos símbolos de referencia para omitir una descripción redundante de los mismos. Además, se omite la ilustración de elementos sin ninguna relación directa con la presente invención

[Dispositivo de almacenamiento de energía 100]

La figura 1 es una vista para ilustrar un dispositivo de almacenamiento de energía 100. Como se ilustra en la figura 1, el dispositivo de almacenamiento de energía 100 incluye un suministrador de gas 110, una cámara de calentamiento 120, un primer intercambiador de calor 130, un separador de sólido - gas 140, un distribuidor 142, un tanque de alta temperatura 150, un suministrador de partículas de alta temperatura 152, un tanque de baja temperatura 160, un suministrador de partículas de baja temperatura 162, un alimentador de gas 170, un primer dispositivo de utilización de calor 180, un segundo intercambiador de calor 190, un suministrador de fluido 192, un segundo dispositivo de utilización de calor 194 y un controlador 200. En la figura 1, las flechas de línea continua indican un flujo de partículas sólidas y una mezcla de sólido - gas. En la figura 1, las flechas de línea discontinua indican un flujo de fluido.

El suministrador de gas 110 suministra gas (por ejemplo, aire) a la cámara de calentamiento 120, que se describe más adelante. El suministrador de gas 110 incluye un soplador 112, unas tuberías 114a, 114b y 114c, unas válvulas 116a, 116b y 116c y un soplador 116d. El soplador 112 tiene un lado de admisión conectado a una fuente de suministro de gas y un lado de eyección conectado a la tubería 114a. La tubería 114a conecta el soplador 112 y la cámara de calentamiento 120 entre sí. La válvula 116a se proporciona en la tubería 114a. La tubería 114b se bifurca desde una porción entre el soplador 112 y la válvula 116a en la tubería 114a para conectarse a una caja de inversión 160b del tanque de baja temperatura 160, que se describe más adelante. La válvula 116b se proporciona en la tubería 114b. La tubería 114c conecta una porción de alojamiento de baja temperatura 160a del tanque de baja temperatura 160, que se describe más adelante, y la cámara de calentamiento 120 entre sí. La válvula 116c se proporciona en la tubería 114c. El soplador 116d se proporciona aguas arriba de la válvula 116c en la tubería 114c. La cámara de calentamiento 120 incluye un miembro de caja 122 y un calentador 124. El miembro de caja 122 es un recipiente hueco. El miembro de caja 122 tiene una superficie superior formada por un distribuidor permeable. La superficie superior del miembro de caja 122 también funciona como una superficie de debajo del primer intercambiador de calor 130, que se describe más adelante. El miembro de caja 122 se abastece con gas desde el suministrador de gas 110 (el soplador 112). El calentador 124 consume potencia para calentar el gas. Los ejemplos del calentador 124 incluyen un dispositivo de calentamiento de resistencia (un dispositivo configurado para usar calor generado a partir de un conductor abastecido con potencia) y un dispositivo de calentamiento de arco (un dispositivo configurado para usar calor generado en el momento de una descarga de arco).

El calentador 124 puede consumir potencia generada por uno cualquiera de o ambos de un sistema de generación de potencia que usa energía renovable y un sistema de generación de potencia que usa un generador de turbina. Los ejemplos del sistema de generación de potencia que usa energía renovable incluyen un sistema de generación de energía solar térmica, un sistema de generación de energía solar, un sistema de generación de energía eólica y un sistema de generación de energía hidroeléctrica. Cuando el calentador 124 consume potencia generada por el sistema de generación de potencia que usa energía renovable, la potencia que se vuelve a menudo una potencia excedente puede convertirse de forma eficiente en calor.

El calentador 124 se dispone en el miembro de caja 122. El calentador 124 calienta el gas suministrado al miembro de caja 122. Por lo tanto, cuando se acciona el calentador 124, el gas suministrado desde el suministrador de gas 110 al miembro de caja 122 es calentado por el calentador 124 y, entonces, se suministra al primer intercambiador de calor 130.

El primer intercambiador de calor 130 se abastece con gas y partículas sólidas desde la superficie de debajo o una porción inferior del mismo, e intercambia calor entre el gas y las partículas sólidas. Las partículas sólidas se hacen de un material que tiene un punto de fusión que es superior a la temperatura de demanda del primer dispositivo de utilización de calor 180, que se describe más adelante.

Los ejemplos de partículas sólidas incluyen sílice, alúmina, arena de barita (barita o sulfato de bario), arcilla parcialmente calcinada, perlas de vidrio y catalizador de petróleo recogido. Las partículas sólidas son preferiblemente una cualquiera de o ambas de sílice y alúmina. Cuando las partículas sólidas son sílice, puede reducirse el coste requerido para las partículas sólidas. Además, cuando se usa arena del desierto o arena de río como las partículas sólidas (sílice), las partículas sólidas son obtenibles fácilmente a un coste bajo. Además, cuando las partículas sólidas son alúmina que tiene un punto de fusión relativamente alto, la temperatura de las partículas sólidas puede establecerse a un valor alto y, por lo tanto, puede lograrse una densidad de almacenamiento de energía alta.

Las partículas sólidas son partículas que tienen un diámetro de partícula de 0,01 mm o más y 10 mm o menos. La forma de las partículas sólidas no está limitada, y puede ser una forma esférica o una forma que no sea la forma esférica.

En esta realización, el primer intercambiador de calor 130 es un recipiente hueco. En el interior del primer intercambiador de calor 130, puede instalarse un calentador o un intercambiador de calor. El primer intercambiador de calor 130 se abastece con partículas sólidas desde el tanque de alta temperatura 150 y el tanque de baja temperatura 160, que se describen más adelante. Además, como se ha descrito anteriormente, el primer intercambiador de calor 130 se abastece con gas desde el suministrador de gas 110 a través de la cámara de calentamiento 120. Una velocidad de flujo del gas que va a ser suministrado por el suministrador de gas 110 al primer intercambiador de calor 130 es igual a o más grande que una velocidad terminal de las partículas sólidas en el primer intercambiador de calor 130. Además, las partículas sólidas se suministran desde arriba de un acceso de suministro de gas 130a formado en el distribuidor dispuesto en la superficie de debajo del primer intercambiador de calor 130. Por lo tanto, la mezcla de sólido - gas de partículas sólidas y gas pasa a través del primer intercambiador de calor 130 desde una porción inferior hacia una porción superior (desde la superficie de debajo hacia una superficie superior). Además, en el primer intercambiador de calor 130, la mezcla de sólido - gas está formada por las partículas sólidas y el gas, y las partículas sólidas y el gas se agitan fuertemente. Por lo tanto, las partículas sólidas y el gas se ponen en contacto de forma eficiente entre sí para intercambiar calor entre los mismos.

El separador de sólido - gas 140 separa el sólido y el gas de la mezcla sólido-gas descargada desde el primer intercambiador de calor 130. Los ejemplos del separador de sólido - gas 140 incluyen un ciclón y un filtro. El distribuidor 142 distribuye las partículas sólidas separadas por el separador de sólido - gas 140 al tanque de alta temperatura 150 o al tanque de baja temperatura 160. El distribuidor 142 incluye unas tuberías 144a y 144b y unas válvulas 146a y 146b. La tubería 144a conecta un acceso de descarga para descargar partículas sólidas del separador de sólido - gas 140 y el tanque de alta temperatura 150 entre sí. La válvula 146a se proporciona en la tubería 144a. La tubería 144b conecta el acceso de descarga para descargar partículas sólidas del separador de sólido - gas 140 y el tanque de baja temperatura 160 entre sí. La válvula 146b se proporciona en la tubería 144b. La válvula 146a y la válvula 146b son abiertas y cerradas exclusivamente por el controlador 200, que se describe más adelante.

El tanque de alta temperatura 150 almacena las partículas sólidas separadas por el separador de sólido - gas 140. Los ejemplos del tanque de alta temperatura 150 incluyen una tolva. El suministrador de partículas de alta temperatura 152 suministra las partículas sólidas almacenadas en el tanque de alta temperatura 150 al primer intercambiador de calor 130. El suministrador de partículas de alta temperatura 152 incluye una tubería 154 y una válvula de ajuste de caudal 156. La tubería 154 conecta una porción inferior del tanque de alta temperatura 150 y la porción inferior del primer intercambiador de calor 130 entre sí. La válvula de ajuste de caudal 156 se proporciona en la tubería 154.

El tanque de baja temperatura 160 almacena las partículas sólidas separadas por el separador de sólido - gas 140. El tanque de baja temperatura 160 se abastece con las partículas sólidas con una temporización diferente de la del tanque de alta temperatura 150. El tanque de baja temperatura 160 incluye la porción de alojamiento de baja temperatura 160a, la caja de inversión 160b (el suministrador de gas fluidificante), una tubería de escape 160c y una válvula de retención 160d. La porción de alojamiento de baja temperatura 160a aloja las partículas sólidas suministradas por el distribuidor 142. La porción de alojamiento de baja temperatura 160a es un recipiente hueco. La caja de inversión 160b se proporciona por debajo de la porción de alojamiento de baja temperatura 160a. Una porción superior de la caja de inversión 160b está formada por un distribuidor permeable. La porción superior de la caja de inversión 160b también funciona como una superficie de debajo de la porción de alojamiento de baja temperatura 160a. La caja de inversión 160b se abastece con gas fluidificante (por ejemplo, aire) desde el suministrador de gas 110 (el soplador 112) o el separador de sólido - gas 140. El gas fluidificante suministrado a la caja de inversión 160b se suministra a la porción de alojamiento de baja temperatura 160a desde la superficie de debajo de la porción de alojamiento de baja temperatura 160a (el distribuidor).

La velocidad de flujo del gas fluidificante que va a suministrarse desde el suministrador de gas 110 a la porción de alojamiento de baja temperatura 160a es igual a o más grande que la velocidad de fluidificación mínima de las partículas sólidas y menor que la velocidad de dispersión de las partículas sólidas. Además, la velocidad de flujo del gas fluidificante que va a suministrarse desde el separador de sólido - gas 140 a la porción de alojamiento de baja temperatura 160a es igual a o más grande que la velocidad de fluidificación mínima de las partículas sólidas y menor que la velocidad terminal de las partículas sólidas. Por lo tanto, las partículas sólidas suministradas desde el separador de sólido - gas 140 son fluidificadas por el gas fluidificante para formar un lecho fluidificado (un lecho fluidificado burbujeante) en la porción de alojamiento de baja temperatura 160a. Además, la velocidad de flujo del gas fluidificante que va a suministrarse desde el separador de sólido - gas 140 a la porción de alojamiento de baja temperatura 160a es menor que la velocidad terminal y, por lo tanto, las partículas sólidas no se dispersan desde la porción de alojamiento de baja temperatura 160a.

La tubería de escape 160c conecta la porción de alojamiento de baja temperatura 160a y un colector de energía de presión 160e entre sí. La válvula de retención 160d se proporciona en la tubería de escape 160c. Se abre la válvula de retención 160d cuando la presión en la porción de alojamiento de baja temperatura 160a se vuelve igual a o más grande que una presión predeterminada. Cuando la porción de alojamiento de baja temperatura 160a está en un estado presurizado, la presión del gas que va a expulsarse desde la tubería de escape 160c es igual a o más grande que la presión atmosférica. En este caso, el colector de energía de presión 160e es, por ejemplo, una turbina.

El suministrador de partículas de baja temperatura 162 suministra las partículas sólidas almacenadas en el tanque de baja temperatura 160 al primer intercambiador de calor 130. El suministrador de partículas de baja temperatura 162 incluye una tubería 164 y una válvula de ajuste de caudal 166. La tubería 164 conecta una porción inferior de la porción de alojamiento de baja temperatura 160a y la porción inferior del primer intercambiador de calor 130 entre sí. La válvula de ajuste de caudal 166 se proporciona en la tubería 164.

El alimentador de gas 170 suministra el gas separado por el separador de sólido - gas 140 al primer dispositivo de utilización de calor 180 o a la caja de inversión 160b. El alimentador de gas 170 incluye unas tuberías 172a y 172b y unas válvulas 174a y 174b. La tubería 172a conecta un acceso de escape de gas del separador de sólido - gas 140 y el primer dispositivo de utilización de calor 180 entre sí. La válvula 174a se proporciona en la tubería 172a. La tubería 172b conecta el acceso de escape de gas del separador de sólido - gas 140 y la caja de inversión 160b entre sí. La válvula 174b se proporciona en la tubería 172b.

El primer dispositivo de utilización de calor 180 es un dispositivo configurado para usar energía térmica del gas separado por el separador de sólido - gas 140. Los ejemplos del primer dispositivo de utilización de calor 180 incluyen un generador de turbina de gas, un generador de turbina de vapor de agua (una caldera), una caldera configurada para proporcionar vapor de agua, una chimenea (un horno o una estufa) y un acondicionador de aire. El segundo intercambiador de calor 190 se proporciona entre la válvula 146b y la porción de alojamiento de baja temperatura 160a en la tubería 144b. El segundo intercambiador de calor 190 intercambia calor entre las partículas sólidas que pasan a través de la tubería 144b y un fluido (por ejemplo, agua, vapor de agua, aire y gas de escape de combustión). El segundo intercambiador de calor 190 puede configurarse para formar un lecho fluidificado de partículas sólidas, o puede configurarse para formar un lecho móvil de partículas sólidas. El segundo intercambiador de calor 190 incluye una tubería de transferencia de calor 190a. La tubería de transferencia de calor 190a pasa a través de las partículas sólidas (a través del lecho fluidificado o el lecho móvil de las partículas sólidas). El fluido pasa a través de la tubería de transferencia de calor 190a. El suministrador de fluido 192 hace que el fluido pase a través del segundo intercambiador de calor 190, y suministra el fluido sometido a un intercambio de calor (calentado) por el segundo intercambiador de calor 190 al segundo dispositivo de utilización de calor 194. El suministrador de fluido 192 es, por ejemplo, una bomba.

El segundo dispositivo de utilización de calor 194 es un dispositivo configurado para usar energía térmica del fluido calentado por el segundo intercambiador de calor 190. Los ejemplos del segundo dispositivo de utilización de calor 194 incluyen un generador de turbina de gas, un generador de turbina de vapor de agua (una caldera), una caldera configurada para proporcionar vapor de agua, una chimenea (un horno o una estufa) y un acondicionador de aire. El controlador 200 está formado por un circuito integrado de semiconductores que incluye una unidad central de procesamiento (CPU). El controlador 200 extrae por lectura, por ejemplo, un programa o parámetros para hacer funcionar la propia CPU desde una ROM. El controlador 200 coopera con una RAM u otros circuitos electrónicos que sirven como un área de trabajo para gestionar y controlar todo el dispositivo de almacenamiento de energía 100. En esta realización, el controlador 200 controla el suministrador de gas 110 (el soplador 112, las válvulas 116a, 116b y 116c y el soplador 116d), el calentador 124, el distribuidor 142 (las válvulas 146a y 146b), el suministrador de partículas de alta temperatura 152 (la válvula de ajuste de caudal 156), el suministrador de partículas de baja temperatura 162 (la válvula de ajuste de caudal 166), el alimentador de gas 170 (las válvulas 174a y 174b) y el suministrador de fluido 192.

En esta realización, durante un período en el que se genera una potencia excedente ("cantidad de potencia generada" - "cantidad de potencia demandada" > "valor predeterminado" [por ejemplo, 0]), el controlador 200 convierte la potencia excedente en energía térmica y almacena la energía térmica (el modo de almacenamiento de calor). Por otra parte, cuando se requiere calor o potencia, el controlador 200 hace que el primer dispositivo de utilización de calor 180 o el segundo dispositivo de utilización de calor 194 use la energía térmica almacenada (el modo de radiación de calor). En un estado inicial, los sopladores 112 y 116d, el calentador 124 y el suministrador de fluido 192 están detenidos, y las válvulas 116a, 116b, 116c, 146a, 146b, 174a y 174b y las válvulas de ajuste de caudal 156 y 166 están cerradas. Además, en el estado inicial, las partículas sólidas están almacenadas en el tanque de baja temperatura 160 (la porción de alojamiento de baja temperatura 160a). A continuación, se describe un procesamiento que va a ser realizado por el controlador 200 en cada uno del modo de almacenamiento de calor y el modo de radiación de calor.

[Modo de almacenamiento de calor]

La figura 2 es una vista para ilustrar el procesamiento que va a ser realizado por el controlador 200 en el modo de almacenamiento de calor. Para facilitar el entendimiento, en la figura 2, se omiten las configuraciones no usadas en el modo de almacenamiento de calor.

El controlador 200 cierra las válvulas 116b, 116c, 146b y 174a y la válvula de ajuste de caudal 156. El controlador 200 detiene el soplador 116d y el suministrador de fluido 192. Además, como se ilustra en la figura 2, el controlador 200 acciona el soplador 112 y el calentador 124. Además, el controlador 200 abre las válvulas 116a, 146a y 174b. El controlador 200 abre la válvula de ajuste de caudal 166 y ajusta el grado de apertura de la válvula de ajuste de caudal 166.

En este caso, la potencia excedente es consumida por el calentador 124. El gas suministrado por el soplador 112 a la cámara de calentamiento 120 es calentado por el calentador 124. El calentador 124 calienta el gas a una primera temperatura predeterminada, que es inferior a la temperatura de resistencia al calor de las partículas sólidas, y que satisface la temperatura de demanda del primer dispositivo de utilización de calor 180. Por ejemplo, el calentador 124 calienta el gas de tal modo que las partículas sólidas calentadas por el gas se llevan a una segunda temperatura predeterminada que satisface la temperatura de demanda. Cuando las partículas sólidas son sílice, el gas se calienta a una temperatura igual o inferior a 1.600 °C. Además, la segunda temperatura es inferior a la primera temperatura, pero la diferencia de temperatura entre las mismas es pequeña (por ejemplo, aproximadamente 50 °C). El gas de alta temperatura (gas de primera temperatura) que se ha calentado como se ha descrito anteriormente se suministra al primer intercambiador de calor 130. Además, se suministran partículas sólidas de baja temperatura desde la porción de alojamiento de baja temperatura 160a al primer intercambiador de calor 130. Por lo tanto, en el primer intercambiador de calor 130, el gas de alta temperatura y las partículas sólidas de baja temperatura se agitan fuertemente, y se intercambia calor entre el gas de alta temperatura y las partículas sólidas de baja temperatura. De esta forma, las partículas sólidas son calentadas por el gas, y el gas es enfriado por las partículas sólidas. En la salida del primer intercambiador de calor 130, la temperatura de las partículas sólidas y la temperatura del gas se vuelven sustancialmente iguales entre sí (se vuelven la segunda temperatura).

Entonces, el separador de sólido - gas 140 separa el sólido y el gas en la mezcla sólido-gas descargada desde el primer intercambiador de calor 130. Las partículas sólidas de alta temperatura (partículas sólidas de segunda temperatura) separadas se suministran al tanque de alta temperatura 150 a través de la tubería 144a. El tanque de alta temperatura 150 almacena las partículas sólidas de alta temperatura. Por otra parte, el gas de segunda temperatura separado se suministra a la caja de inversión 160b a través de la tubería 172b. El gas de segunda temperatura suministrado a la caja de inversión 160b se usa para fluidificar las partículas sólidas alojadas en la porción de alojamiento de baja temperatura 160a. Además, con el gas de segunda temperatura, las partículas sólidas alojadas en la porción de alojamiento de baja temperatura 160a se calientan a una cuarta temperatura (la cuarta temperatura es inferior a una tercera temperatura, que se describe más adelante, pero superior a la temperatura ambiente [por ejemplo, 25 °C]). Es decir, las partículas sólidas alojadas en la porción de alojamiento de baja temperatura 160a pueden recoger parte del calor del gas descargado desde el primer intercambiador de calor 130.

Como se ha descrito anteriormente, en el modo de almacenamiento de calor, se convierte potencia excedente en calor, y el calor se transfiere en primer lugar a gas. Entonces, y se intercambia calor entre el gas de alta temperatura y las partículas sólidas de baja temperatura de tal modo que se transfiere calor a las partículas sólidas. Como se ha descrito anteriormente, se convierte potencia excedente en energía térmica, y la energía térmica es retenida (almacenada) por las partículas sólidas. La capacidad calorífica de las partículas sólidas es más grande que la del gas (aire) y, por lo tanto, la densidad de almacenamiento de calor (J/m3) de las partículas sólidas es superior a la del gas.

El controlador 200 ajusta el grado de apertura de la válvula de ajuste de caudal 166 basándose la cantidad de la potencia excedente (denominada, en lo sucesivo en el presente documento, "cantidad de potencia excedente"). Específicamente, se determina la cantidad de las partículas sólidas que se llevan a la segunda temperatura cuando el calentador 124 convierte la cantidad de potencia excedente de la potencia en energía térmica y calienta las partículas sólidas con esta energía térmica (a través del gas). Por lo tanto, el controlador 200 ajusta el grado de apertura de la válvula de ajuste de caudal 166 de tal modo que la cantidad determinada de las partículas sólidas se suministra al primer intercambiador de calor 130.

De esta forma, incluso cuando varía la cantidad de potencia excedente (varía temporalmente la cantidad de potencia excedente), la temperatura de las partículas sólidas que van a almacenarse en el tanque de alta temperatura 150 puede mantenerse regularmente a la segunda temperatura. Es decir, puede hacerse frente a la variación de la cantidad de potencia excedente. Por lo tanto, en el modo de radiación de calor que se describe más adelante, el gas de tercera temperatura que satisface la temperatura de demanda puede suministrarse al primer dispositivo de utilización de calor 180 incluso sin el uso de energía adicional (por ejemplo, sin la combustión de combustible suplementario).

[Modo de radiación de calor]

La figura 3 es una vista para ilustrar el procesamiento que va a ser realizado por el controlador 200 en el modo de radiación de calor. Para facilitar el entendimiento, en la figura 3, se omiten las configuraciones no usadas en el modo de radiación de calor.

El controlador 200 cierra las válvulas 116a, 146a y 174b y la válvula de ajuste de caudal 166. El controlador 200 detiene el calentador 124. Además, como se ilustra en la figura 3, el controlador 200 abre las válvulas 116b, 116c, 146b y 174a. Además, el controlador 200 abre la válvula de ajuste de caudal 156 y ajusta el grado de apertura de la válvula de ajuste de caudal 156. El controlador 200 acciona los sopladores 112 y 116d y el suministrador de fluido 192.

De esta forma, se suministra gas desde el soplador 112 a través del tanque de baja temperatura 160 y el miembro de caja 122 al primer intercambiador de calor 130. El soplador 112 suministra el gas a un caudal de demanda del primer dispositivo de utilización de calor 180. Además, el primer intercambiador de calor 130 se abastece con las partículas sólidas de alta temperatura (partículas sólidas de segunda temperatura) desde el tanque de alta temperatura 150. Por lo tanto, en el primer intercambiador de calor 130, se intercambia calor entre el gas de baja temperatura y las partículas sólidas de alta temperatura. De esta forma, el gas es calentado por las partículas sólidas, y las partículas sólidas son enfriadas por el gas. Las partículas sólidas y el gas se descargan desde el primer intercambiador de calor 130 a unas temperaturas sustancialmente iguales, que son la tercera temperatura. Entonces, el separador de sólido - gas 140 separa el sólido y el gas en la mezcla sólido-gas descargada desde el primer intercambiador de calor 130. El gas de alta temperatura (gas de tercera temperatura) separado se suministra al primer dispositivo de utilización de calor 180 a través de la tubería 172a. La tercera temperatura es una temperatura predeterminada que satisface la temperatura de demanda del primer dispositivo de utilización de calor 180 y es inferior a la segunda temperatura. De esta forma, en el primer dispositivo de utilización de calor 180, se usa la energía térmica del gas (por ejemplo, se genera potencia). Por otra parte, las partículas sólidas de tercera temperatura separadas se suministran al tanque de baja temperatura 160 (la porción de alojamiento de baja temperatura 160a) a través de la tubería 144b. El tanque de baja temperatura 160 almacena las partículas sólidas de tercera temperatura.

Como se ha descrito anteriormente, en el modo de radiación de calor, se intercambia calor entre las partículas sólidas de alta temperatura y el gas de baja temperatura de tal modo que el calor se transfiere al gas. Entonces, cuando se requiera (por ejemplo, durante un período en el que tiene lugar una escasez de potencia), el gas de alta temperatura (gas de tercera temperatura) es usado por el primer dispositivo de utilización de calor 180 (por ejemplo, se genera potencia).

El controlador 200 ajusta el grado de apertura de la válvula de ajuste de caudal 156 basándose en la temperatura de demanda y en el caudal de demanda del primer dispositivo de utilización de calor 180. Específicamente, se determina la cantidad de las partículas sólidas para calentar el gas a la tercera temperatura cuando el soplador 112 suministra el gas al caudal de demanda del primer dispositivo de utilización de calor 180 y las partículas sólidas de segunda temperatura almacenadas en el tanque de alta temperatura 150 se usan para calentar del gas. Por lo tanto, el controlador 200 ajusta el grado de apertura de la válvula de ajuste de caudal 156 de tal modo que la cantidad determinada de las partículas sólidas se suministra al primer intercambiador de calor 130.

De esta forma, la temperatura del gas que va a suministrarse al primer dispositivo de utilización de calor 180 puede llevarse a la temperatura de demanda del primer dispositivo de utilización de calor 180. Por lo tanto, el gas de tercera temperatura que satisface la temperatura de demanda puede suministrarse de forma estable al primer dispositivo de utilización de calor 180 incluso sin el uso de energía adicional (por ejemplo, sin la combustión de combustible suplementario). Incluso cuando varía temporalmente la temperatura de demanda (por ejemplo, la cantidad de generación de potencia demandada) del primer dispositivo de utilización de calor 180, puede hacerse frente a la variación ajustando la cantidad de suministro de las partículas sólidas.

Además, el suministrador de fluido 192 hace que pase fluido a través de la tubería de transferencia de calor 190a del segundo intercambiador de calor 190. En este caso, se intercambia calor entre el fluido y las partículas sólidas que pasan a través de la tubería 144b. De esta forma, el fluido calentado por las partículas sólidas se suministra al segundo dispositivo de utilización de calor 194. Entonces, el segundo dispositivo de utilización de calor 194 usa el calor del fluido (el calor de las partículas sólidas separadas por el separador de sólido - gas 140). Con esta configuración que incluye el segundo intercambiador de calor 190 y el suministrador de fluido 192, puede usarse de forma eficaz el calor de las partículas sólidas obtenido después de que el gas se haya calentado a la tercera temperatura.

Además, el soplador 112 no suministra directamente el gas a la cámara de calentamiento 120 (el primer intercambiador de calor 130) sino que hace que el gas pase a través de las partículas sólidas alojadas en la porción de alojamiento de baja temperatura 160a para suministrar el gas al primer intercambiador de calor 130 (a través de las partículas sólidas). De esta forma, el gas suministrado al primer intercambiador de calor 130 puede ser precalentado por las partículas sólidas que tienen la cuarta temperatura (por ejemplo, aproximadamente 300 °C o más y aproximadamente 400 °C o menos). Como se ha descrito anteriormente, cuando se usa el calor de las partículas sólidas alojadas en la porción de alojamiento de baja temperatura 160a, puede mejorarse la eficiencia de utilización de calor. Como resultado, puede aumentarse la salida del primer dispositivo de utilización de calor 180. Por ejemplo, cuando el primer dispositivo de utilización de calor 180 es un generador de turbina de vapor de agua o un generador de turbina de gas, puede mejorarse la eficiencia de generación de potencia.

Como se ha descrito anteriormente, el dispositivo de almacenamiento de energía 100 de acuerdo con esta realización convierte una potencia excedente en energía térmica y hace que las partículas sólidas mantengan la energía térmica. De esta forma, en comparación con la técnica relacionada configurada para almacenar la potencia excedente en una batería secundaria o la técnica relacionada configurada para convertir la potencia excedente en hidrógeno, la energía puede mantenerse a un coste inferior. Además, en comparación con la técnica relacionada configurada para convertir la potencia excedente en hidrógeno para mantener la energía, la energía mantenida puede convertirse en energía térmica o energía eléctrica a una velocidad superior según se requiera (por ejemplo, cuando tiene lugar una escasez de potencia).

Además, en comparación con la técnica relacionada configurada para almacenar calor con el uso de un bloque de ladrillos, en el modo de almacenamiento de calor, a través del ajuste de la cantidad de las partículas sólidas para almacenar calor, las partículas sólidas que tienen la segunda temperatura designada pueden almacenarse incluso cuando varía la potencia excedente. Además, en el modo de radiación de calor, el caudal del gas que va a ser suministrado por el soplador 112 se establece al caudal de demanda del primer dispositivo de utilización de calor 180 y se ajusta la cantidad de las partículas sólidas que van a suministrarse al primer intercambiador de calor 130. De esta forma, la temperatura del gas que va a suministrarse al primer dispositivo de utilización de calor 180 puede llevarse a la temperatura de demanda del primer dispositivo de utilización de calor 180. Por lo tanto, sin el uso de combustible suplementario, puede hacerse frente a la variación de carga temporal del primer dispositivo de utilización de calor 180.

[Primer ejemplo de modificación]

En la realización mencionada anteriormente, se ha dado una descripción de un ejemplo de una configuración en la que las válvulas de ajuste de caudal 156 y 166 son válvulas mecánicas (válvulas de mariposa) cuyos grados de apertura son ajustables. Sin embargo, las válvulas de ajuste de caudal 156 y 166 no se limitan a esta configuración siempre que se pueda ajustar el caudal de las partículas sólidas que pasan a su través.

La figura 4 es una vista para ilustrar una válvula de ajuste de caudal 310 en un primer ejemplo de modificación. En este caso, se da una descripción de un ejemplo de un caso en el que se proporciona la válvula de ajuste de caudal 310 en lugar de la válvula de ajuste de caudal 156. Sin embargo, la válvula de ajuste de caudal 310 puede proporcionarse en lugar de la válvula de ajuste de caudal 166.

Como se ilustra en la figura 4, la válvula de ajuste de caudal 310 es un sello de lazo de válvula de tipo L. Específicamente, la válvula de ajuste de caudal 310 incluye una tubería vertical 312, una tubería horizontal 314, una tubería de conexión 316 y un suministrador de gas fluidificante 318. La tubería vertical 312 es una tubería que se extiende en la dirección vertical. La tubería vertical 312 tiene un extremo superior conectado al tanque de alta temperatura 150. La tubería horizontal 314 es una tubería que se extiende en la dirección horizontal. La tubería horizontal 314 es continua con la tubería vertical 312. Es decir, la tubería vertical 312 y la tubería horizontal 314 forman una tubería en forma de L. La tubería de conexión 316 es continua con la tubería horizontal 314. La tubería de conexión 316 se conecta al primer intercambiador de calor 130.

El suministrador de gas fluidificante 318 suministra gas a la tubería vertical 312 o a la tubería horizontal 314. El suministrador de gas fluidificante 318 incluye una boquilla 318a y una bomba 318b. La boquilla 318a tiene una abertura orientada para encarar la tubería horizontal 314. La bomba 318b suministra gas a la boquilla 318a.

En la válvula de ajuste de caudal 310, las partículas sólidas caen desde el tanque de alta temperatura 150 a la tubería vertical 312 para depositarse en la tubería vertical 312 y la tubería horizontal 314. En este caso, cuando es suministrado gas por el suministrador de gas fluidificante 318, las partículas sólidas depositadas son fluidificadas por el gas que va a alimentarse a la tubería de conexión 316.

La bomba 318b es controlada por el controlador 200. El controlador 200 controla el caudal del gas que va a ser suministrado por la bomba 318b para posibilitar el ajuste del caudal de las partículas sólidas que van a alimentarse a la tubería de conexión 316.

Cuando la válvula de ajuste de caudal 310 es un sello de lazo de válvula de tipo L (una válvula no mecánica), el caudal de las partículas sólidas puede ajustarse incluso cuando las partículas sólidas tienen una temperatura alta. Además, el sello de lazo de válvula en L tiene una estructura simple y, por lo tanto, el mantenimiento de la válvula de ajuste de caudal 310 puede realizarse fácilmente.

[Segundo ejemplo de modificación]

La figura 5 es una vista para ilustrar una válvula de ajuste de caudal 320 en un segundo ejemplo de modificación. En este caso, se da una descripción de un ejemplo de un caso en el que se proporciona la válvula de ajuste de caudal 320 en lugar de la válvula de ajuste de caudal 156. Sin embargo, la válvula de ajuste de caudal 320 puede proporcionarse en lugar de la válvula de ajuste de caudal 166.

Como se ilustra en la figura 5, la válvula de ajuste de caudal 320 es un sello de lazo de válvula de tipo J. Específicamente, la válvula de ajuste de caudal 320 incluye una tubería vertical 322, una porción de cuba 324, una tubería de conexión 326 y un suministrador de gas fluidificante 328.

La tubería vertical 322 es una tubería que se extiende en la dirección vertical. La tubería vertical 322 tiene un extremo superior conectado al tanque de alta temperatura 150 y un extremo inferior conectado a una entrada 324a de la porción de cuba 324. La porción de cuba 324 es un recipiente hueco. La porción de cuba 324 tiene la entrada 324a formada en su parte de arriba. La porción de cuba 324 tiene una salida 324b formada en su superficie lateral. La porción de cuba 324 incluye una placa divisoria 324c que se extiende hacia abajo en la dirección vertical desde la parte de arriba. La placa divisoria 324c divide el interior de la porción de cuba 324 en una región en la que se forma la entrada 324a y una región en la que se forma la salida 324b. Además, un extremo distal de la placa divisoria 324c se extiende para estar más abajo que un extremo inferior de la salida 324b en la dirección vertical. La tubería de conexión 326 conecta la salida 324b de la porción de cuba 324 y el primer intercambiador de calor 130 entre sí. El suministrador de gas fluidificante 328 suministra gas desde una superficie de debajo de la porción de cuba 324. Específicamente, el suministrador de gas fluidificante 328 incluye una caja de inversión 328a y una bomba 328b. La caja de inversión 328a se proporciona por debajo de la porción de cuba 324. Una porción superior de la caja de inversión 328a está formada por un distribuidor permeable. La porción superior de la caja de inversión 328a también funciona como la superficie de debajo de la porción de cuba 324. La caja de inversión 328a se abastece con gas fluidificante (aire) desde la bomba 328b. El gas fluidificante suministrado a la caja de inversión 328a se suministra a la porción de cuba 324 desde la superficie de debajo (el distribuidor) de la porción de cuba 324.

La velocidad de flujo del gas fluidificante que va a suministrarse desde el suministrador de gas fluidificante 328 a la porción de cuba 324 es igual a o más grande que la velocidad de fluidificación mínima de las partículas sólidas y menor que la velocidad de dispersión de las partículas sólidas. Por lo tanto, las partículas sólidas que caen desde el tanque de alta temperatura 150 a través de la tubería vertical 322 son fluidificadas por el gas fluidificante para formar un lecho fluidificado (un lecho fluidificado burbujeante) en la porción de cuba 324.

Entonces, a medida que las partículas sólidas se introducen adicionalmente desde el tanque de alta temperatura 150, la posición del lecho fluidificado en la dirección vertical se vuelve más alta. Entonces, las partículas sólidas se desbordan de un extremo inferior de la salida 324b y se alimentan a la tubería de conexión 326.

El encendido/apagado de la bomba 328b es controlado por el controlador 200. El controlador 200 acciona la bomba 328b de tal modo que las partículas sólidas son alimentadas desde el tanque de alta temperatura 150 a la tubería de conexión 326. Además, el controlador 200 detiene la bomba 328b de tal modo que se detiene la alimentación de las partículas sólidas desde el tanque de alta temperatura 150 a la tubería de conexión 326.

Cuando la válvula de ajuste de caudal 320 es un sello de lazo de válvula de tipo J (una válvula no mecánica), las partículas sólidas pueden suministrarse incluso cuando las partículas sólidas tienen una temperatura alta.

[Tercer ejemplo de modificación]

La figura 6 es una vista para ilustrar un suministrador de partículas 330 en un tercer ejemplo de modificación. En este caso, se da una descripción de un ejemplo de un caso en el que se proporciona el suministrador de partículas 330 en lugar del suministrador de partículas de alta temperatura 152. Sin embargo, el suministrador de partículas 330 puede proporcionarse en lugar del suministrador de partículas de baja temperatura 162.

Como se ilustra en la figura 6, el suministrador de partículas 330 incluye una tubería principal 332, una pluralidad de tuberías secundarias 334 y 336 y válvulas 332a, 334a y 336a. La tubería principal 332 conecta el tanque de alta temperatura 150 y el primer intercambiador de calor 130 entre sí. La válvula 332a se proporciona en la tubería principal 332. La tubería secundaria 334 conecta el tanque de alta temperatura 150 y una porción entre la válvula 332a y el primer intercambiador de calor 130 en la tubería principal 332 entre sí. La válvula 334a se proporciona en la tubería secundaria 334. La tubería secundaria 336 conecta el tanque de alta temperatura 150 y una porción entre el primer intercambiador de calor 130 y una porción de conexión a la tubería secundaria 334 en la tubería principal 332 entre sí. La válvula 336a se proporciona en la tubería secundaria 336.

El área en sección de la trayectoria de flujo de la tubería principal 332 es más grande que la de la tubería secundaria 334. El área en sección de la trayectoria de flujo de la tubería secundaria 334 es más grande que la de la tubería secundaria 336. Específicamente, el área en sección de la trayectoria de flujo de la tubería principal 332 es 1/2 del área en sección de la trayectoria de flujo de la tubería 154 del suministrador de partículas de alta temperatura 152. El área en sección de la trayectoria de flujo de la tubería principal 334 es 1/4 (1/22) del área en sección de la trayectoria de flujo de la tubería 154. El área en sección de la trayectoria de flujo de la tubería principal 336 es 1/8 (1/23) del área en sección de la trayectoria de flujo de la tubería 154. Es decir, la tubería principal 332 y las tuberías secundarias 334 y 336 difieren en el caudal de las partículas sólidas que pasan a su través. Por ejemplo, cuando el caudal de la tubería principal 332 es 1/2, el caudal de la tubería secundaria 334 es 1/4, y el caudal de la tubería secundaria 336 es 1/8. El número de las tuberías secundarias 336 puede ser dos.

Las válvulas 332a, 334a y 336a son unas válvulas todo - nada. Cada una de las válvulas 332a, 334a, y 336a es, por ejemplo, el sello de lazo de válvula de tipo J descrito en el segundo ejemplo de modificación mencionado anteriormente.

La apertura y el cierre de las válvulas 332a, 334a y 336a son controlados por el controlador 200. Solo se requiere que el controlador 200 controle la apertura o el cierre de una cualquiera de o una pluralidad de las válvulas 332a, 334a y 336a para ajustar el caudal de las partículas sólidas que van a suministrarse desde el tanque de alta temperatura 150 al primer intercambiador de calor 130.

El dispositivo de almacenamiento de energía puede incluir además, cuando el caudal de la tubería principal 332 es 1/2, unas tuberías secundarias que tienen unos caudales de 1/16, 1/32, 1/64, ... 1/2n (pueden proporcionarse dos tuberías secundarias con un caudal de 1/2n). De esta forma, el caudal de las partículas sólidas que van a suministrarse desde el tanque de alta temperatura 150 al primer intercambiador de calor 130 puede ajustarse con una precisión superior.

[Cuarto ejemplo de modificación]

La figura 7A es una vista para ilustrar un calentador 424 en un cuarto ejemplo de modificación. La figura 7B es una vista para ilustrar otro calentador 524 en el cuarto ejemplo de modificación. La figura 7C es una vista para ilustrar adicionalmente otro calentador 624 en el cuarto ejemplo de modificación. En el cuarto ejemplo de modificación, las configuraciones sustancialmente iguales a las configuraciones descritas en la realización mencionada anteriormente se indican mediante los mismos símbolos de referencia, y la descripción de las mismas se omite en el presente documento.

El calentador 424 es un calentador eléctrico. Como se ilustra en la figura 7A, el calentador 424 se proporciona sobre una pared exterior del primer intercambiador de calor 130.

El calentador 524 es un calentador eléctrico. Como se ilustra en la figura 7B, el calentador 524 se proporciona sobre una pared interior del primer intercambiador de calor 130.

El calentador 624 es un calentador eléctrico. Como se ilustra en la figura 7C, el calentador 624 se proporciona sobre una pared interior del primer intercambiador de calor 130.

Cada uno de los calentadores 424, 524 y 624 se proporciona al menos en la porción inferior del primer intercambiador de calor 130. La temperatura de calentamiento de cada uno de los calentadores 424, 524 y 624 es inferior a la temperatura de resistencia al calor del miembro de caja 122 (la temperatura de resistencia al calor del distribuidor del miembro de caja 122).

El accionamiento de cada uno de los calentadores 424, 524 y 624 es controlado por el controlador 200. Específicamente, cada uno de los calentadores 424, 524 y 624 se acciona en el modo de almacenamiento de calor y se detiene en el modo de radiación de calor. Cuando el dispositivo de almacenamiento de energía incluye uno cualquiera de los calentadores 424, 524 y 624, puede transferirse calor de forma eficiente a las partículas sólidas. [Quinto ejemplo de modificación]

Se ha dado una descripción de un ejemplo de un caso en el que, en el modo de almacenamiento de calor de la realización mencionada anteriormente, el gas de cuarta temperatura descargado desde la porción de alojamiento de baja temperatura 160a del tanque de baja temperatura 160 se suministra al colector de energía de presión 160e. Sin embargo, en el modo de almacenamiento de calor, el gas descargado desde la porción de alojamiento de baja temperatura 160a puede suministrarse a otras configuraciones.

La figura 8 es una vista para ilustrar el procesamiento que va a ser realizado por el controlador 200 en el modo de almacenamiento de calor en un quinto ejemplo de modificación. Para facilitar el entendimiento, en la figura 8, se omiten las configuraciones no usadas en el modo de almacenamiento de calor.

En el modo de almacenamiento de calor del quinto ejemplo de modificación, el controlador 200 cierra las válvulas 116b, 146b y 174a y la válvula de ajuste de caudal 156. El controlador 200 detiene el suministrador de fluido 192. Además, como se ilustra en la figura 8, el controlador 200 acciona el soplador 112, 116d y el calentador 124. Además, el controlador 200 abre las válvulas 116a, 116c, 146a y 174b. El controlador 200 abre la válvula de ajuste de caudal 166 y ajusta el grado de apertura de la válvula de ajuste de caudal 166.

En este caso, además del gas suministrado por el soplador 112, el gas descargado desde el tanque de baja temperatura 160 (la porción de alojamiento de baja temperatura 160a) se suministra a la cámara de calentamiento 120. Es decir, el suministrador de gas 110 hace que el gas pase a través de las partículas sólidas almacenadas en el tanque de baja temperatura 160 y, entonces, suministra el gas al primer intercambiador de calor 130. De esta forma, el gas que ha sido precalentado por el tanque de baja temperatura 160 puede suministrarse al primer intercambiador de calor 130. Por lo tanto, el suministrador de gas 110 puede recoger el calor del gas descargado desde el primer intercambiador de calor 130, que no ha podido ser recogido por las partículas sólidas alojadas en la porción de alojamiento de baja temperatura 160a.

[Sexto ejemplo de modificación]

Se ha dado una descripción de un ejemplo de un caso en el que, en el modo de radiación de calor de la realización mencionada anteriormente, las partículas sólidas se suministran al primer intercambiador de calor 130 solo desde el tanque de alta temperatura 150. Sin embargo, pueden suministrarse partículas sólidas al primer intercambiador de calor 130 desde otras configuraciones.

La figura 9 es una vista para ilustrar el procesamiento que va a ser realizado por el controlador 200 en el modo de radiación de calor en un sexto ejemplo de modificación. Para facilitar el entendimiento, en la figura 9, se omiten las configuraciones no usadas en el modo de radiación de calor.

En el modo de radiación de calor del sexto ejemplo de modificación, el controlador 200 cierra las válvulas 116a, 146a y 174b. El controlador 200 detiene el calentador 124. Además, como se ilustra en la figura 9, el controlador 200 abre las válvulas 116b, 116c, 146b y 174a. Además, el controlador 200 abre las válvulas de ajuste de caudal 156 y 166 y ajusta los grados de apertura respectivos de las válvulas de ajuste de caudal 156 y 166. El controlador 200 acciona los sopladores 112 y 116d y el suministrador de fluido 192. Es decir, el controlador 200 en el sexto ejemplo de modificación suministra, en el modo de radiación de calor, además de las partículas sólidas almacenadas en el tanque de alta temperatura 150, partículas sólidas desde el tanque de baja temperatura 160 al primer intercambiador de calor 130 controlando el suministrador de partículas de baja temperatura 162.

Además, el controlador 200 ajusta los grados de apertura de las válvulas de ajuste de caudal 156 y 166 basándose en la temperatura de demanda y en el caudal de demanda del primer dispositivo de utilización de calor 180. Específicamente, se determinan la cantidad de las partículas sólidas de segunda temperatura y la cantidad de las partículas sólidas de cuarta temperatura para calentar el gas a la tercera temperatura cuando el soplador 112 suministra el gas al caudal de demanda del primer dispositivo de utilización de calor 180, y el gas es calentado por las partículas sólidas de segunda temperatura almacenadas en el tanque de alta temperatura 150 y las partículas sólidas de cuarta temperatura almacenadas en el tanque de baja temperatura 160. Por lo tanto, el controlador 200 ajusta el grado de apertura de la válvula de ajuste de caudal 156 de tal modo que la cantidad determinada de las partículas sólidas de segunda temperatura se suministra al primer intercambiador de calor 130. Además, el controlador 200 ajusta el grado de apertura de la válvula de ajuste de caudal 166 de tal modo que la cantidad determinada de las partículas sólidas de cuarta temperatura se suministra al primer intercambiador de calor 130. Como se ha descrito anteriormente, en el modo de radiación de calor, el controlador 200 suministra las partículas sólidas al primer intercambiador de calor 130 desde el tanque de alta temperatura 150 y el tanque de baja temperatura 160. De esta forma, en comparación con el caso en el que las partículas sólidas se suministran solo desde el tanque de alta temperatura 150, puede ampliarse un período de tiempo de suministro de las partículas sólidas. Es decir, el primer intercambiador de calor 130 puede ampliar un período de tiempo de intercambio de calor entre las partículas sólidas y el gas. Por lo tanto, el alimentador de gas 170 puede suministrar el gas de tercera temperatura al primer dispositivo de utilización de calor 180 durante un período de tiempo prolongado. Como resultado, el primer dispositivo de utilización de calor 180 puede hacerse funcionar durante un período de tiempo prolongado.

La realización se ha descrito anteriormente con referencia a los dibujos adjuntos, pero no hace falta decir que la presente invención no se limita a la realización mencionada anteriormente. Es evidente que los expertos en la materia pueden llegar a diversas alternativas y modificaciones dentro del alcance de las reivindicaciones, y se interpreta que los ejemplos dentro del alcance de las reivindicaciones caen naturalmente dentro del alcance técnico de la presente invención.

Por ejemplo, en la realización mencionada anteriormente se ha dado una descripción de un ejemplo en el que se suministra aire como el gas que va a ser suministrado por el suministrador de gas 110. Sin embargo, el gas que va a ser suministrado por el suministrador de gas 110 no se limita a ello. El suministrador de gas 110 puede suministrar, por ejemplo, dióxido de carbono o gas de escape de combustión.

Además, en la realización mencionada anteriormente, se ha dado una descripción de un ejemplo de una configuración en la que el suministrador de gas 110 incluye el soplador 112. Sin embargo, la configuración del suministrador de gas 110 no está limitada siempre que el suministrador de gas 110 pueda suministrar el gas al primer intercambiador de calor 130. Por ejemplo, el suministrador de gas 110 puede incluir una fuente de gas comprimido (por ejemplo, una fuente de aire comprimido) o una bomba en lugar del soplador 112.

Además, en la realización mencionada anteriormente, se ha dado una descripción de un ejemplo de una configuración en la que el gas se suministra desde la superficie de debajo del primer intercambiador de calor 130. Sin embargo, solo se requiere que el gas (aire) se suministre desde una porción inferior a la porción para suministrar las partículas sólidas del primer intercambiador de calor 130. Por ejemplo, el gas (aire) puede suministrarse desde una porción inferior del primer intercambiador de calor 130. Además, el suministrador de gas 110 puede suministrar gas que tiene una presión normal, o puede suministrar gas presurizado.

Además, en la realización mencionada anteriormente, se ha dado una descripción de un ejemplo de un caso en el que el suministrador de fluido 192 suministra un fluido sometido a un intercambio de calor por el segundo intercambiador de calor 190 al segundo dispositivo de utilización de calor 194. Sin embargo, el suministrador de fluido 192 puede suministrar el fluido sometido a un intercambio de calor por el segundo intercambiador de calor 190 al primer dispositivo de utilización de calor 180 en lugar o además del segundo dispositivo de utilización de calor 194.

Además, en la realización mencionada anteriormente, se ha dado una descripción de un ejemplo de una configuración en la que el tanque de baja temperatura 160 almacena las partículas sólidas que forman el lecho fluidificado. De esta forma, el gas puede ser precalentado de forma eficiente por el calor de las partículas sólidas en el modo de radiación de calor. Sin embargo, la configuración del tanque de baja temperatura 160 no está limitada siempre que el tanque de baja temperatura 160 pueda almacenar las partículas sólidas. El tanque de baja temperatura 160 puede ser, por ejemplo, una tolva. Además, el tanque de baja temperatura 160 puede almacenar las partículas sólidas formando un lecho móvil.

Además, en la realización mencionada anteriormente, se ha dado una descripción de un ejemplo de un caso en el que el tanque de alta temperatura 150 es una tolva. De esta forma, puede suprimirse la radiación de calor de las partículas sólidas de alta temperatura. Sin embargo, la configuración del tanque de alta temperatura 150 no está limitada siempre que el tanque de alta temperatura 150 pueda almacenar las partículas sólidas. El tanque de alta temperatura 150 puede tener una configuración en la que, por ejemplo, de forma similar al tanque de baja temperatura 160, las partículas sólidas se almacenan como el lecho fluidificado.

Además, en la realización mencionada anteriormente, el modo de almacenamiento de calor se realiza durante un período en el que se genera una potencia excedente ("cantidad de potencia generada" - "cantidad de potencia demandada" > "valor predeterminado" [por ejemplo, 0]). Sin embargo, el modo de almacenamiento de calor puede realizarse cuando se requiere convertir potencia en otra energía (por ejemplo, cuando se requiere consumir potencia para estabilizar la red eléctrica). Además, el modo de radiación de calor se realiza según se requiera. Sin embargo, el modo de radiación de calor puede realizarse cuando se requiere usar calor (por ejemplo, cuando se desea usar calor en una instalación cementera).

Además, en la realización mencionada anteriormente, se ha dado una descripción de un ejemplo de una configuración en la que el dispositivo de almacenamiento de energía 100 incluye el soplador 116d. Sin embargo, el soplador 116d no es una configuración necesaria. Por ejemplo, en el modo de radiación de calor, no se requiere que el controlador 200 accione el soplador 116d. Además, el dispositivo de almacenamiento de energía 100 puede incluir una tubería de derivación conectada a la tubería 114c para poner en derivación el soplador 116d. En este caso, en el modo de almacenamiento de calor, el controlador 200 establece una trayectoria a través de la cual el gas pasa a la trayectoria que pasa a través del soplador 116d. Además, en el modo de radiación de calor, el controlador 200 establece la trayectoria a través de la cual el gas pasa a la trayectoria que pasa a través de la tubería de derivación. Además, se ha dado una descripción de un ejemplo de una configuración en la que, en el modo de radiación de calor de la realización mencionada anteriormente, el controlador 200 ajusta el grado de apertura de la válvula de ajuste de caudal 156 basándose en la temperatura de demanda y en el caudal de demanda del primer dispositivo de utilización de calor 180. Sin embargo, el controlador 200 puede ajustar el grado de apertura de la válvula de ajuste de caudal 156 basándose en la temperatura de demanda del primer dispositivo de utilización de calor 180. De forma similar, en el sexto ejemplo de modificación, el controlador 200 puede ajustar los grados de apertura de las válvulas de ajuste de caudal 156 y 166 basándose en la temperatura de demanda del primer dispositivo de utilización de calor 180.

Además, en el tercer ejemplo de modificación mencionado anteriormente, se ha dado una descripción de un ejemplo de una configuración en la que se proporcionan dos tuberías secundarias. Sin embargo, el número de tuberías secundarias no se limita a ello. Solo se requiere que las tuberías secundarias tengan diferentes diámetros de tubería.

Además, el dispositivo de almacenamiento de energía 100 puede incluir uno o una pluralidad de calentadores 124, 424, 524 y 624. Aplicabilidad industrial

La presente invención es aplicable a un dispositivo de almacenamiento de energía.

Lista de signos de referencia

100: dispositivo de almacenamiento de energía, 110: suministrador de gas, 124, 424, 524, 624: calentador, 130: primer intercambiador de calor, 140: separador de sólido - gas, 150: tanque de alta temperatura, 152: suministrador de partículas de alta temperatura, 160: tanque de baja temperatura, 160a: porción de alojamiento de baja temperatura, 160b: caja de inversión (suministrador de gas fluidificante), 162: suministrador de partículas de baja temperatura, 180: primer dispositivo de utilización de calor, 190: segundo intercambiador de calor, 192: suministrador de fluido, 194: segundo dispositivo de utilización de calor, 200: controlador, 332: tubería principal (tubería) 332a, 334a, 336a: válvula, 334, 336: tubería secundaria (tubería)

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo de almacenamiento de energía (100), que incluye:

un primer intercambiador de calor (130) que tiene una superficie de debajo en donde se dispone un distribuidor con un acceso de suministro de gas (130a), para abastecerse con gas desde el acceso de suministro de gas (130a), y para abastecerse con partículas sólidas desde arriba del acceso de suministro de gas (130a), estando configurado el primer intercambiador de calor (130) para intercambiar calor entre el gas y las partículas sólidas;

un miembro de caja (122) que tiene una superficie superior en donde se dispone el distribuidor, en donde el miembro de caja (122) se dispone por debajo del primer intercambiador de calor (130);

un suministrador de gas (110) configurado para suministrar gas al miembro de caja (122);

un calentador (124) que se dispone en el interior del miembro de caja (122) y configurado para consumir potencia para calentar gas alimentado desde el suministrador de gas (110) que va a suministrarse al primer intercambiador de calor (130);

un separador de sólido - gas (140) configurado para separar gas y sólido en una mezcla de sólido - gas descargada desde el primer intercambiador de calor (130);

un tanque de alta temperatura (150) y un tanque de baja temperatura (160), configurado cada uno para almacenar las partículas sólidas separadas por el separador de sólido - gas (140);

un primer dispositivo de utilización de calor (180) configurado para usar energía térmica del gas separado por el separador de sólido - gas (140);

un suministrador de partículas de alta temperatura (152) configurado para suministrar las partículas sólidas almacenadas en el tanque de alta temperatura (150) al primer intercambiador de calor (130); y

un suministrador de partículas de baja temperatura (162) configurado para suministrar las partículas sólidas almacenadas en el tanque de baja temperatura (160) al primer intercambiador de calor (130).

2. El dispositivo de almacenamiento de energía (100) de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende además un controlador (200) configurado para controlar el suministrador de gas (110), el calentador (124) y el suministrador de partículas de baja temperatura (162),

en donde el controlador (200) está configurado para, en un modo de almacenamiento de calor predeterminado: controlar el suministrador de gas (110) para suministrar gas al primer intercambiador de calor (130);

accionar el calentador (124) para calentar el gas; y

controlar el suministrador de partículas de baja temperatura (162) para suministrar las partículas sólidas desde el tanque de baja temperatura (160) al primer intercambiador de calor (130), de tal modo que las partículas sólidas son calentadas por el gas en el primer intercambiador de calor (130), y las partículas sólidas separadas por el separador de sólido - gas (140) se suministran al tanque de alta temperatura (150).

3. El dispositivo de almacenamiento de energía (100) de acuerdo con la reivindicación 2, en donde el controlador (200) está configurado para, en el modo de almacenamiento de calor, ajustar una cantidad de las partículas sólidas que van a ser suministradas por el suministrador de partículas de baja temperatura (162) basándose en una cantidad de potencia excedente predeterminada.

4. El dispositivo de almacenamiento de energía (100) de acuerdo con la reivindicación 2 o 3, en donde el suministrador de gas (110) está configurado para, en el modo de almacenamiento de calor, hacer que el gas pase a través de las partículas sólidas almacenadas en el tanque de baja temperatura (160) y, entonces, suministrar el gas al primer intercambiador de calor (130).

5. El dispositivo de almacenamiento de energía (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además un controlador (200) configurado para controlar el suministrador de gas (110), el calentador (124) y el suministrador de partículas de alta temperatura (152),

en donde el controlador (200) está configurado para, en un modo de radiación de calor predeterminado: detener el calentador (124);

controlar el suministrador de gas (110) para suministrar gas al primer intercambiador de calor (130); y controlar el suministrador de partículas de alta temperatura (152) para suministrar las partículas sólidas desde el tanque de alta temperatura (150) al primer intercambiador de calor (130), de tal modo que el gas es calentado por las partículas sólidas en el primer intercambiador de calor (130), las partículas sólidas separadas por el separador de sólido - gas (140) se suministran al tanque de baja temperatura (160), y el gas separado por el separador de sólido -gas (140) se suministra al primer dispositivo de utilización de calor (180).

6. El dispositivo de almacenamiento de energía (100) de acuerdo con la reivindicación 5, en donde el suministrador de gas (110) está configurado para, en el modo de radiación de calor, hacer que el gas pase a través de las partículas sólidas almacenadas en el tanque de baja temperatura (160) y, entonces, suministrar el gas al primer intercambiador de calor (130).

7. El dispositivo de almacenamiento de energía (100) de acuerdo con la reivindicación 5 o 6, en donde el controlador (200) está configurado para, en el modo de radiación de calor, ajustar una cantidad de las partículas sólidas que van a ser suministradas por el suministrador de partículas de alta temperatura (152) basándose en una temperatura de demanda de gas requerida por el primer dispositivo de utilización de calor (180).

8. El dispositivo de almacenamiento de energía (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5 a 7, en donde el controlador (200) está configurado para, en el modo de radiación de calor, controlar el suministrador de partículas de baja temperatura (162) para suministrar las partículas sólidas desde el tanque de baja temperatura (160) al primer intercambiador de calor (130).

9. El dispositivo de almacenamiento de energía (100) de acuerdo con la reivindicación 3 o 7,

en donde uno cualquiera de o ambos del suministrador de partículas de alta temperatura (152) y el suministrador de partículas de baja temperatura (162) incluyen:

una pluralidad de tuberías (332, 336) que difieren en los caudales de partículas sólidas que pasan a su través; y una pluralidad de válvulas proporcionadas en la pluralidad de tuberías (332, 336), respectivamente, y

en donde el controlador (200) está configurado para controlar la apertura y el cierre de cada una de la pluralidad de válvulas.

10. El dispositivo de almacenamiento de energía (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el tanque de baja temperatura (160) incluye:

una porción de alojamiento de baja temperatura (160a) para alojar las partículas sólidas; y

un suministrador de gas fluidificante (110) configurado para suministrar gas fluidificante desde una superficie de debajo o una porción inferior de la porción de alojamiento de baja temperatura (160a).

11. El dispositivo de almacenamiento de energía (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde el calentador (124) se proporciona en una cualquiera de o ambas de una pared del primer intercambiador de calor (130) y una parte interior del primer intercambiador de calor (130).

12. El dispositivo de almacenamiento de energía (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, que comprende además:

un segundo intercambiador de calor (190) configurado para intercambiar calor entre un fluido y las partículas sólidas separadas por el separador de sólido - gas (140); y

un suministrador de fluido (192) configurado para suministrar el fluido sometido a un intercambio de calor por el segundo intercambiador de calor (190) a uno cualquiera de o ambos del primer dispositivo de utilización de calor (180) y un segundo dispositivo de utilización de calor (194),

en donde el tanque de baja temperatura (160) está configurado para almacenar las partículas sólidas sometidas a un intercambio de calor por el segundo intercambiador de calor (190).

13. El dispositivo de almacenamiento de energía (100) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en donde el calentador (124) está configurado para consumir potencia generada por uno cualquiera de o ambos de un sistema de generación de potencia que usa energía renovable y un sistema de generación de potencia que usa un generador de turbina.