IT202000003680A1 - Impianto e processo per l’accumulo di energia - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE
annessa a domanda di brevetto per BREVETTO D?INVENZIONE INDUSTRIALE avente per titolo:
?Impianto e processo per l?accumulo di energia?
Campo del trovato
La presente invenzione ha per oggetto un impianto ed un processo per l?accumulo di energia. Pi? precisamente, la presente invenzione ha per oggetto un sistema in grado di assorbire/utilizzare energia, di mantenere nel tempo l?energia immagazzinata ed in grado di ritrasformarla in energia meccanica per l?attuazione di una o pi? macchine condotte ed eventualmente anche in grado di trasformarla in energia elettrica e reimmetterla in rete nei momenti di richiesta di detta energia elettrica. Preferibilmente ma non esclusivamente, il sistema ? in grado di assorbire/utilizzare energia elettrica da una rete o un sistema nei periodi in cui si manifesta un eccesso di disponibilit?/o scarsit? di consumo e/o anche da motori elettrici o termici (ad esempio da turbine a gas o a vapore) o altri di tipi di motore ancora (ad es. idraulici o eolici). Pi? in dettaglio, la presente invenzione ? relativa ad un sistema di accumulo di energia elettrica in forma di energia potenziale (pressione) e termica/termodinamica. La presente invenzione si colloca nell?ambito dei sistemi di accumulo di energia di media e larga scala, per applicazioni sia terrestri che marine, tipicamente con potenze dalle centinaia di kW fino a decine di MW (ad esempio 20-25MW), ma anche centinaia di MW, e con capacit? di accumulo da poche centinaia di kWh, fino a centinaia di MWh e anche fino a diversi GWh. La presente invenzione si pu? collocare anche nell?ambito dei sistemi di accumulo di energia di piccola scala, per applicazioni domestiche e commerciali, sia terrestri che marine, tipicamente con potenze da pochi kW fino a qualche centinaio di kW e con capacit? di accumulo da pochi kWh, fino a centinaia di kWh.
Definizioni
Nella presente descrizione e nella annesse rivendicazioni si far? riferimento alle seguenti definizioni.
? Ciclo Termodinamico (CT): trasformazione termodinamica da un punto X ad un punto Y, ove X coincide con Y; il CT a differenza del TTC (Trasformazione Termodinamica Ciclica) di cui sotto non presenta accumuli di massa (significativi ai fini energetici) all?interno del ciclo, mentre la TTC lavora tipicamente fra due stoccaggi, uno iniziale e l?altro finale di fluido di lavoro;
? Trasformazione Termodinamica Ciclica (TTC): trasformazione termodinamica da un punto X ad un punto Y e da un punto Y ad un punto X, senza necessariamente passare dai medesimi punti intermedi;
? CT e/o TTC Chiuso/a: senza scambio di massa (significativa ai fini energetici) con l?atmosfera;
? CT e/o TTC Aperto/a: con scambio di massa (significativa ai fine energetici) con l?atmosfera.
Background del trovato
Recentemente, in ragione della sempre crescente diffusione di sistemi di produzione di energia da fonti rinnovabili e in particolare da fonte eolica e fotovoltaica, che sono caratterizzati da variabilit? ed imprevedibilit? di produzione, stanno assumendo sempre maggior importanza i sistemi di accumulo di energia elettrica.
I sistemi di accumulo di energia elettrica possono svolgere diverse funzioni fondamentali per le reti, sia isolate che interconnesse, fra cui si ricordano la regolazione di frequenza/fornitura di inerzia dinamica, la fornitura di sistemi di ?flexible ramping?, ossia che permettano l?entrata in funzione di sistemi di produzione di emergenza, ?energy shifting? da ore di maggior produzione e minor richiesta a ore che, viceversa, presentano maggior richiesta e/o carenza di produzione, compensazioni stagionali, ecc..
Accanto ai sistemi che funzionano secondo principi elettrochimici (Batterie) che hanno tipicamente costi elevati e vita utile limitata, meccanici (Flywheel) adatti solo a piccole quantit? di energia accumulata, i sistemi ad oggi in uso, o in sviluppo o comunque noti ricomprendono i seguenti.
I sistemi principalmente in uso sono i sistemi di accumulo per pompaggio idroelettrico (PUMPED HYDRO STORAGE - PHS), che attualmente coprono pi? del 90% della capacit? di accumulo installata a livello globale. Detti sistemi sono adatti sia ad accumuli di lungo che di breve periodo, sono abbastanza competitivi come costi, ma hanno lo svantaggio di poter essere realizzati solo in luoghi che presentino particolari condizioni geo-morfologiche. Detto sistema PHS ? annoverabile fra i sistema di accumulo di energia in forma potenziale e in particolare gravitazionale. Sempre nella famiglia dei sistemi gravitazionali ? annoverabile il sistema di cui al documento GB 2518125 A.
Un secondo sistema in uso ? il cosiddetto sistema CAES (Compressed Air Energy Storage) che ? costituito da una TTC Aperta che accumula mediante trasformazione in energia potenziale (pressione) e (eventualmente) energia termica. Tale sistema CAES ? noto sia nella configurazione base (non adiabatica) che nella configurazione pi? avanzata AA-CAES (Advanced Adiabatic CAES; vedasi US 4,147,205 ? Compressed Air Storage Installation). Detti sistemi sono adatti sia ad accumuli di lungo che di breve periodo, sono abbastanza competitivi come costi, sono meno efficienti rispetto ai sistemi PHS i termini di ?Round Trip Efficiency?, e anch?essi presentano lo svantaggio di poter essere realizzati solo in luoghi che presentino particolari condizioni geo-morfologiche.
I sistemi CAES presentano inoltre un ulteriore svantaggio per il fatto che la pressione del serbatoio/caverna varia al variare del livello di carica del medesimo. Ci? influisce sia sull?efficienza della TTC, sia sull?efficienza delle turbomacchine che eseguono la medesima.
Sono anche noti sistemi per ovviare alle di presenza di caverne sotterranee per i sistemi CAES. In particolare, sono note soluzioni che cercano di rendere economicamente vantaggioso lo stoccaggio dell?energia in serbatoi over-ground, senza la necessit? di avere a disposizione delle caverne sotterranee. Un esempio si trova in US2011/0204064 A1 di LIGHTSAIL ove si propongono dei serbatoi di speciale costruzione per cercare di contenere i costi dei serbatoi di stoccaggio over-ground che viceversa renderebbero non convenienti i costi di detti sistemi CAES over ground. Anche queste soluzioni appartengono ai sistemi che lavorano secondo una TTC Aperta.
Sono noti anche sistemi che combinano i due sistemi precedenti (vedasi US 7,663,255 B2), nel quale la combinazione fra CAES e PHS consente anche di operare il sistema CAES a pressione di compressione costante. Anche questi sistemi lavorano secondo una TTC Aperta.
Il documento ?Novel concept of compressed air energy storage and thermoselectric energy storage? ? THESE N.5525 (2012) ? Ecole Polytechnique Federale de Lousanne, illustra tutte le tipologie di sistemi di stoccaggio energia CAES. Fra gli altri sono presentati i sistemi CAES diabatico, adiabatico, isotermo e combinato con PHS per consentire una pressione di compressione costante, detto sistema viene denominato Constant Pressure-CAES combined with PHS. Anche questi sono sistemi che lavorano secondo una TTC Aperta.
Lo stesso documento di cui sopra illustra inoltre il cosiddetto TEES (Thermo Electric Energy Storage) proposto da ABB Corporate Research Center (si vedano inoltre EP 2532843 A1 ed EP 2698506 A1). Questo appartiene ai sistemi che lavorano secondo una CT Chiuso, ed ? annoverabile fra i sistemi PHES. I sistemi PHES (pumped heat electrical storage) sono sistemi di accumulo di energia elettrica/meccanica mediante trasformazione in energia termica tramite ad esempio CT Rankine, Brayton o Kalina.
Oltre ai sistemi sopra descritti che prevedono l?utilizzo di cicli trans-critici e supercritici a CO2 o altri fluidi e quindi dei cicli Rankine trans-super-critici reversibili, sono noti i sistemi PHES con ciclo Brayton, tipicamente utilizzanti Argon, ma anche aria (vedasi Isoentropic EP 2220343 B1 e US 2010/0257862 A1 e Laughlin US 2016/0298455 A1. Questo appartiene ai sistemi che lavorano secondo una CT Chiuso, ed ? annoverabile fra i sistemi PHES.
Un altro sistema annoverabile fra i sistemi PHES/TEES ? il sistema Siemens-Gamesa (vedasi US 2014/0223910 A1 e US 8,991,183 B2 e US 8,966,902 B2) che combina due differenti cicli per la fase di carica e di scarica, e in particolare prevede un ciclo Brayton o semplice dissipazione con resistenze elettriche per la fase di carica del serbatoio di accumulo calore ad alta temperatura e un ciclo Rankine a vapore per la fase di scarica/produzione energia elettrica. Questa tipologia di soluzione ? annoverabile fra i sistemi PHES. ? realizzata mediante pi? CT Aperti e/o Chiusi.
E? da notare come tutti i sistemi PHES, anche detti TEES, si basino su un principio di ciclo termodinamico ?chiuso? e reversibile. A seconda delle diverse soluzioni proposte possono essere cicli ?chiusi? Rankine o Brayton, ma in ogni caso il fluido di lavoro del motore/pompa di calore quasi-reversibile esegue trasformazioni secondo un ciclo termodinamico ?chiuso? in cui non vi sono degli accumuli intermedi dimensionati in relazione alla capacit? di stoccaggio richiesta.
Tutti i sistemi CAES, di tutte le tipologie sono invece sistemi che effettuano trasformazioni, prima in un senso e poi nell?altro secondo un ciclo termodinamico ?aperto? ossia prendendo e restituendo aria all?atmosfera.
Un altro metodo di stoccaggio dell?energia noto ? il cosiddetto sistema LAES (Liquid Air Energy Storage, vedasi US2009/0282840 A1). Il metodo LAES prevede trasformazioni secondo una trasformazione termodinamica ?aperta? ossia prendendo e restituendo aria all?atmosfera. Inoltre tale sistema lavora a temperature criogeniche, prossime ai -200?C con difficolta tecniche elevate. Anche questo appartiene ai sistemi che lavorano secondo una TTC Aperta.
In ?Analysis of the exergy efficiency of a super-critical compressed carbon dioxide energy-storage system based on the orthogonal method? by Qing He, Yinping Hao, Hui Liu, Wenyi Liu ? stato inoltre proposto l?utilizzo della CO2 come fluido di lavoro per sistemi di stoccaggio energia. Il sistema proposto (denominato SC-CCES (Super Critical ? Compressed Carbon dioxide Energy Storage), utilizza come precisato ?two saline aquifers as storage reservoirs?. In detto sistema SC-CCES la CO<2 >dalla mandata del compressore viene inviata direttamente al reservoir senza interposizione di alcuno scambiatore di calore e/o di sistema di stoccaggio dell?energia termica. Inoltre durante il ciclo di scarica la CO2 scaricata dalla turbina riscalda attraverso un recuperatore la medesima CO2 in ingresso alla turbina. Questa soluzione appartiene ai sistemi che lavorano secondo una TTC Chiusa, ossia fra due serbatoi chiusi.
Anche il documento ?Green Energy Storage: ?The Potential Use of compressed Liquid CO2 and Large Sub-Terrain Cavities to Help Maintain a Constant Electricity Supply? ? Dalgaard JZ, parla (sia nel titolo che nell?abstract, che nel corpo del documento) di uso di CO2 in cavit? sotterranee.
Sommario
La Richiedente ha osservato che gli attuali sistemi di accumulo/stoccaggio di energia non presentano caratteristiche che ne consentono un utilizzo economicamente conveniente in diverse situazioni.
In particolare, in alcuni casi (ad esempio PHS e CAES) i sistemi richiedono delle situazioni geo-morfologiche molto particolari e difficilmente riscontrabili. In alcuni casi (es. PHS) la realizzazione di detti sistemi richiede la fabbricazione di bacini artificiali con gravoso impatto ambientale.
In altri casi (AA-CAES) la realizzazione dei sistemi di accumulo di energia termica presenta problematiche difficilmente risolvibili a basso costo e peraltro permane la necessit? di individuare caverne sotterranee adatte. Quanto sopra comporta anche difficolt? nell?ottenere Round Trip Efficiency (RTE) soddisfacenti. In ogni caso permane la problematica di lavorare con pressioni nel serbatoio di accumulo variabili, ameno di combinare il sistema CAES con il sistema PHS, con ovvia ulteriore complicazione di costi e di individuare le corrette condizioni geologiche. La Richiedente ha ulteriormente osservato che i tentativi di realizzare sistemi CAES superficiali si sono scontrati contro l?impossibilit? pratica di realizzare dei serbatoi di stoccaggio dell?aria in pressione con un costo competitivo per consentire la realizzabilit? dei sistemi stessi.
La Richiedente ha ulteriormente osservato che i tentativi di realizzare sistemi LAES non hanno al momento consentito di sviluppare sistemi economicamente convenienti anche a causa delle problematicit? intrinseche nel lavorare in condizioni criogeniche. Le problematicit? di stoccare l?energia criogenica, in serbatoi a doppio strato con vuoto fra gli strati, ed altri accorgimenti costosi, rende la tecnologia di difficile ottimizzazione dal punto di vista dei costi.
La Richiedente ha ulteriormente osservato che i tentativi di realizzare sistemi PHES con cicli Rankine quasi-reversibili presenti notevoli difficolt? nell?ottenere Round Trip Efficiency (RTE) soddisfacenti (i.e. superiori al 60%) e al contempo con costi ragionevoli, essendo la RTE legata alle differenze di temperatura nelle apparecchiature.
Allo stesso modo i sistemi PHES basati su ciclo Brayton si devono scontrare con il fatto che detti sistemi utilizzano un compressore ed una turbina per ogni ciclo, sia di carico che di scarico. Ci? comporta maggiori oneri di investimento, ma anche maggiori irreversibilit? che possono essere compensate per ottenere alte RTE solo mantenendo differenze di temperatura molto elevate fra accumulo caldo e freddo. In tale ambito, la Richiedente si ? posta come obiettivo di ideare e realizzare un processo ed un impianto per l?accumulo di energia, ovvero un sistema di ?energy storage?, che sia:
? realizzabile in diverse situazioni geo-morfologiche, che non richieda particolari condizioni geografiche o di territorio per essere realizzato e che possa eventualmente in certe taglie anche essere utilizzato per applicazioni marine/off-shore;
? in grado di ottenere RTE elevate e comunque superiori al 70% e fino al 75% e fino anche 80% e pi?;
? in grado di lavorare con pressioni nei serbatoi di stoccaggio regolabili, mediante vari sistemi di seguito descritti;
? semplice ed economico, preferibilmente con il target di avere un costo di realizzazione inferiore a 100 USD/kWh e, in particolare, che consenta stoccaggi in pressione e con elevata densit? energetica (in termini di m<3>stoccaggio / kWhstoccato);
? in grado di poter aumentare la propria RTE utilizzando le variazioni di Temperatura Ambiente;
? sicuro e compatibile con l?ambiente, ad esempio che non utilizzi fluidi particolarmente pericolosi;
? modulare;
? compatto;
? durevole o incrementata vita utile 30 anni;
? flessibile e in grado di entrare in esercizio velocemente;
? facilmente ed economicamente manutenibile;
? resistente alla corrosione (in particolare per le applicazioni navali); ? che presenti un basso livello di vibrazioni e rumore.
La Richiedente si ? inoltre posta come obiettivo quello di azionare macchine condotte con l?energia accumulata che altrimenti andrebbe perduta, sfruttando direttamente (ovvero senza trasformarla in energia elettrica) l?energia meccanica prodotta dal processo ed impianto per l?accumulo di energia.
La Richiedente ha trovato che gli obiettivi sopra indicati e altri ancora possono essere raggiunti tramite un sistema di Energy Storage operante mediante trasformazioni termodinamiche cicliche (TTC), prima in un senso e poi nel senso opposto, fra due accumuli di un fluido di lavoro in due distinti serbatoi, di cui uno (quello a pi? bassa pressione) atmosferico, ma che non ? costituito da aria atmosferica ma da una altro gas in equilibrio di pressione con l?atmosfera. Detto sistema ? inoltre caratterizzato dal fatto che stocca l?energia trasformando il fluido di lavoro da uno stato iniziale gassoso/vapore ad uno stato finale liquido o supercritico con temperatura vicina alla temperatura critica (ad esempio inferiore a 1,2 volte la Temperatura critica in Kelvin, preferibilmente tra 0,5 e 1,2 volte). E? inoltre caratterizzato dal fatto che detta temperatura critica ? preferibilmente non lontana dalla temperatura ambiente, preferibilmente prossima alla temperatura ambiente (preferibilmente fra 0?C e 200?C, pi? preferibilmente tra 0? e 100?C). Il fluido di lavoro ? preferibilmente anidride carbonica (CO2), ma al fine di migliorare le prestazioni del sistema, anche in relazione alla particolari condizioni ambientali in cui si trova ad operare, potrebbe essere utilizzata una miscela di CO2 e altre sostanze al fine di correggere la Temperatura critica Tc del fluido. Altri fluidi, quali SF6, N2O, etc., possono essere utilizzati, sempre puri o in miscela con altri.
Nel sistema proposto in questa invenzione, vi ? uno stoccaggio di calore recuperato dalla mandata di un compressore. Serbatoi sia ad alta che a bassa pressione lavorano a pressioni costanti o comunque regolate entro certi ?range? ben definiti, sia quando il sistema opera in condizioni subcritiche che supercritiche, eventualmente con diverse strategie di regolazione.
In particolare, gli obiettivi indicati ed altri ancora sono sostanzialmente raggiunti da un impianto e da un processo per l?accumulo di energia del tipo rivendicati nelle annesse rivendicazioni e/o descritti nei seguenti aspetti.
In un aspetto indipendente, la presente invenzione riguarda un impianto per l?accumulo di energia (energy storage).
Preferibilmente, l?impianto comprende:
un fluido di lavoro diverso dall?aria atmosferica;
un involucro configurato per stoccare il fluido di lavoro, in fase gassosa e in equilibrio di pressione con l?atmosfera;
un serbatoio per lo stoccaggio di detto fluido di lavoro in fase liquida o supercritica con una temperatura vicina alla temperatura critica (ad esempio inferiore a 1,2 volte la Temperatura critica in Kelvin 0,5 -1,2); in cui detta temperatura critica ? compresa tra 0?C e 200?C, pi? preferibilmente tra 0?C e 100?C, preferibilmente vicina alla temperatura ambiente;
almeno una macchina condotta diversa da un generatore elettrico;
in cui l?impianto ? configurato per attuare una trasformazione termodinamica ciclica (TTC) chiusa, prima in un senso in una configurazione/fase di accumulo e poi in un senso opposto in una configurazione/fase di scarico, tra detto involucro e detto serbatoio; in cui nella configurazione di accumulo l?impianto accumula calore e pressione e nella configurazione di scarico genera energia meccanica e la trasmette alla macchina condotta per azionare detta macchina condotta.
Preferibilmente, il fluido di lavoro presenta le seguenti propriet? chimico-fisiche: temperatura critica compresa tra 0?C e 100?C, densit? a 25?C compresa tra 0,5 e 10 Kg/m<3>, preferibilmente compresa tra 1 e 2 Kg/m<3>.
Preferibilmente, il fluido di lavoro ? scelto nel gruppo comprendente: CO2, SF6, N2O, o una miscela dei medesimi, o anche una miscela dei medesimi con altri componenti che agiscono come additivi, ad esempio principalmente per modificare i parametri di Temperatura critica della miscela risultante al fine di ottimizzare le performance del sistema.
Preferibilmente, l?impianto per l?accumulo di energia comprende:
- un compressore ed un motore meccanicamente collegati tra loro;
- una turbina meccanicamente collegata alla macchina condotta;
- detto involucro esternamente a contatto con l?atmosfera e delimitante al proprio interno un volume configurato per contenere il fluido di lavoro a pressione atmosferica o sostanzialmente atmosferica, in cui detto volume ? selettivamente in comunicazione di fluido con un ingresso del compressore oppure con un?uscita della turbina;
- uno scambiatore di calore primario (o anche pi? scambiatori primari eventualmente operanti anche con diversi fluidi su un proprio lato secondario) selettivamente in comunicazione di fluido con un?uscita del compressore oppure con un ingresso della turbina;
- detto serbatoio in comunicazione di fluido con lo scambiatore di calore primario per accumulare il fluido di lavoro;
- uno scambiatore di calore secondario operativamente attivo tra lo scambiatore di calore primario ed il serbatoio oppure in detto serbatoio. Tale impianto ? configurato per operare in una configurazione di accumulo o in una configurazione di scarico.
Nella configurazione di accumulo, l?involucro ? in comunicazione di fluido con l?ingresso del compressore e lo scambiatore di calore primario ? in comunicazione di fluido con l?uscita del compressore, la turbina ? a riposo, il motore ? operativo e aziona il compressore per comprimere il fluido di lavoro proveniente dall?involucro, lo scambiatore di calore primario lavora come raffreddatore per asportare calore dal fluido di lavoro compresso, raffreddarlo ed accumulare energia termica, lo scambiatore di calore secondario lavora come raffreddatore per asportare ulteriore calore dal fluido di lavoro compresso ed accumulare ulteriore energia termica, il serbatoio riceve e accumula il fluido di lavoro compresso e raffreddato, in cui il fluido di lavoro accumulato nel serbatoio presenta una temperatura prossima ad una propria temperatura critica (ad esempio compresa fra 0,5 e 1,2 della Temperatura critica in Kelvin).
Nella configurazione di scarico, l?involucro ? in comunicazione di fluido con l?uscita della turbina e lo scambiatore di calore primario ? in comunicazione di fluido con l?ingresso della turbina, il compressore ? a riposo, lo scambiatore di calore secondario lavora come riscaldatore per cedere calore al fluido di lavoro proveniente dal serbatoio, lo scambiatore di calore primario lavora come riscaldatore per cedere ulteriore calore al fluido di lavoro e riscaldarlo, la turbina ? posta in rotazione dal fluido di lavoro riscaldato ed aziona la macchina condotta, il fluido di lavoro ritorna nell?involucro alla pressione atmosferica o sostanzialmente atmosferica.
In un aspetto indipendente, la presente invenzione riguarda un processo per l?accumulo di energia (energy storage), opzionalmente attuato con l?impianto secondo l?aspetto precedente o secondo almeno uno degli aspetti seguenti.
Preferibilmente, il processo comprende: attuare una trasformazione termodinamica ciclica (TTC) chiusa, prima in un senso in una configurazione/fase di accumulo e poi in un senso opposto in una configurazione/fase di scarico, tra un involucro per lo stoccaggio di un fluido di lavoro diverso dall?aria atmosferica, in fase gassosa e in equilibrio di pressione con l?atmosfera, ed un serbatoio per lo stoccaggio di detto fluido di lavoro in fase liquida o super-critica con una temperatura vicina alla temperatura critica (ad esempio compresa fra 0,5 e 1,2 della Temperatura critica in Kelvin); in cui detta temperatura critica ? vicina alla temperatura ambiente, preferibilmente tra 0?C e 100?C, ma anche fino a 200?C; in cui nella fase di accumulo il processo accumula calore e pressione e nella fase di scarico genera energia meccanica e la trasmette ad una macchina condotta diversa da un generatore elettrico per azionare detta macchina condotta.
Preferibilmente, detto fluido di lavoro presenta le seguenti propriet? chimicofisiche: temperatura critica compresa tra 0?C e 200?C, pi? preferibilmente tra 0?C e 100?C, preferibilmente vicina alla temperatura ambiente.
Preferibilmente, detto fluido di lavoro ? scelto nel gruppo comprendente: CO2, SF6, N2O, o una miscela dei medesimi, o anche una miscela dei medesimi con altri componenti che agiscono come additivi, ad esempio principalmente per modificare i parametri di Temperatura critica della miscela risultante al fine di ottimizzare le performance del sistema.
Preferibilmente, il processo comprende una fase di accumulo di energia ed una fase di scarico e generazione di energia.
La fase di accumulo comprende:
- comprimere il fluido di lavoro, proveniente da detto involucro esternamente a contatto con l?atmosfera e delimitante al proprio interno un volume configurato per contenere detto fluido di lavoro a pressione atmosferica o sostanzialmente atmosferica, assorbendo energia; - immettere il fluido di lavoro compresso attraverso uno scambiatore di calore primario (o anche pi? scambiatori primari eventualmente operanti anche con diversi fluidi su un proprio lato secondario) ed uno scambiatore di calore secondario posti in serie fino a portare una temperatura del fluido di lavoro in prossimit? di una propria temperatura critica; in cui lo scambiatore di calore primario lavora come raffreddatore per asportare calore dal fluido di lavoro compresso, raffreddarlo ed accumulare energia termica, in cui lo scambiatore di calore secondario lavora come raffreddatore per asportare ulteriore calore dal fluido di lavoro compresso ed accumulare ulteriore energia termica;
- accumulare il fluido di lavoro raffreddato in detto serbatoio; in cui lo scambiatore di calore secondario e lo scambiatore di calore primario operano una trasformazione super-critica del fluido di lavoro in modo che detto fluido di lavoro ? accumulato nel serbatoio in fase super-critica oppure in cui lo scambiatore di calore secondario e lo scambiatore di calore primario operano una trasformazione sub-critica del fluido di lavoro in modo che detto fluido di lavoro ? accumulato nel serbatoio in fase liquida (preferibilmente anche con l?obiettivo di regolare la pressione a un valore relativamente minimo/basso).
La fase di scarico e generazione di energia comprende:
- far transitare il fluido di lavoro, proveniente dal serbatoio, attraverso lo scambiatore di calore secondario e lo scambiatore di calore primario; in cui lo scambiatore di calore secondario lavora come riscaldatore per cedere calore al fluido di lavoro proveniente dal serbatoio (preferibilmente anche con l?obiettivo di regolare la pressione a un valore relativamente massimo/elevato) , in cui lo scambiatore di calore primario lavora come riscaldatore per cedere ulteriore calore al fluido di lavoro e riscaldarlo;
- far transitare il fluido di lavoro riscaldato attraverso una turbina, in cui la turbina ? posta in rotazione dal fluido di lavoro riscaldato ed aziona la macchina condotta, in cui il fluido di lavoro si espande e si raffredda nella turbina;
- re-immettere il fluido di lavoro proveniente dalla turbina nell?involucro alla pressione atmosferica o sostanzialmente atmosferica.
La Richiedente ha verificato che il processo e l?apparato secondo l?invenzione permettono di ottenere gli obiettivi prefissati.
In particolare, la Richiedente ha verificato che l?invenzione consente di operare lo stoccaggio di energia in luoghi senza particolari caratteristiche geo-morfologiche, anche per applicazioni marine/off-shore, in modo sicuro e con un basso impatto ambientale.
La Richiedente ha anche verificato che la fabbricazione ed anche la successiva manutenzione di un apparato secondo l?invenzione risultano relativamente economiche.
La Richiedente ha anche verificato che l?invenzione consente di ottenere elevate RTE.
La Richiedente ha anche verificato che l?invenzione consente di operare un accumulo di energia con possibilit? di regolare la pressione nei serbatoi di accumulo, consentendo quindi un migliore operabilit? del sistema, una maggior efficienza sia delle turbomacchine che del sistema in termini di RTE.
La Richiedente ha anche verificato che, nella configurazione di scarico, la trasmissione diretta di energia meccanica alla macchina condotta (tramite un collegamento meccanico diretto dell?impianto a detta macchina condotta) permette di sfruttare l?energia precedentemente accumulata in modo efficiente. Infatti, non viene prodotta energia elettrica per poi ri-trasformarla in energia meccanica.
Aspetti dell?invenzione sono qui di seguito elencati.
In un aspetto, la macchina condotta ? una qualsiasi macchina condotta con parti in movimento che sono trascinate direttamente dalla turbina e che operano un lavoro, ad esempio, su un fluido o altro elemento.
In un aspetto, la macchina condotta ? un compressore o una pompa, opzionalmente per pipeline o utilizzato/a per la produzione di un gas di processo, una pompa per acqua o per gas naturale liquefatto (LNG).
In un aspetto, la macchina condotta comprende un albero di trasmissione meccanicamente collegato all?albero della turbina.
In un aspetto, un riduttore o un moltiplicatore di giri ? interposto tra la turbina e la macchina condotta.
In un aspetto, dispositivi di connessione, preferibilmente del tipo a frizione, sono interposti tra la turbina e la macchina condotta per collegare/scollegare la macchina condotta alla/dalla turbina.
In un aspetto, lo scambiatore di calore primario ?, oppure ? operativamente associato a, un accumulatore termico (Thermal Energy Storage - TES).
In un aspetto, prime condutture si sviluppano tra l?involucro e l?ingresso del compressore e tra l?involucro e l?uscita della turbina per mettere in comunicazione di fluido detto involucro con detti compressore e turbina.
In un aspetto, almeno una valvola ? operativamente collocata su dette prime condutture per mettere in comunicazione di fluido alternativamente l?involucro con il compressore oppure la turbina con l?involucro.
In un aspetto, seconde condutture si sviluppano tra l?ingresso della turbina e lo scambiatore di calore primario e tra l?uscita del compressore e lo scambiatore di calore primario per mettere in comunicazione di fluido detto scambiatore di calore primario con detti compressore e turbina.
In un aspetto, almeno una valvola ? operativamente collocata su dette seconde condutture per mettere in comunicazione di fluido alternativamente il compressore con lo scambiatore di calore primario oppure lo scambiatore di calore primario con la turbina.
In un aspetto, terze condutture si sviluppano tra lo scambiatore di calore primario e lo scambiatore di calore secondario per mettere in comunicazione di fluido detto scambiatore di calore primario con detto scambiatore di calore secondario.
In un aspetto, uno scambiatore di calore addizionale ? operativamente interposto tra l?involucro ed il compressore e tra l?involucro e la turbina per pre-riscaldare il fluido di lavoro prima della compressione nel compressore, nella configurazione di accumulo, o per raffreddare il fluido di lavoro proveniente dalla turbina, nella configurazione di scarico.
In un aspetto, lo scambiatore di calore addizionale ? operativamente associato alle prime condutture.
In un aspetto, lo scambiatore di calore addizionale comprende un dispositivo di accumulo di energia termica addizionale.
In un aspetto, nella configurazione di accumulo, lo scambiatore di calore addizionale lavora come riscaldatore per pre-riscaldare fluido di lavoro.
In un aspetto, nella configurazione di scarico, lo scambiatore di calore addizionale lavora come raffreddatore per raffreddare il fluido di lavoro ed accumulare energia termica addizionale che viene utilizzata nella configurazione di accumulo per preriscaldare detto fluido di lavoro.
In un aspetto, un raffreddatore ? posizionato su un ramo delle prime condutture collegato all?uscita della turbina.
In un aspetto, un ulteriore scambiatore di calore operativamente associato ad una sorgente di calore addizionale ? operativamente interposto tra la turbina e lo scambiatore di calore primario ed ? configurato per riscaldare ulteriormente il fluido di lavoro nella fase di scarico prima dell?ingresso in turbina.
In un aspetto, nella configurazione di scarico, la sorgente di calore addizionale fornisce calore aggiuntivo al fluido di lavoro.
In un aspetto, nella fase di scarico e generazione di energia, tra lo scambiatore di calore primario e la turbina, si prevede di riscaldare ulteriormente il fluido di lavoro tramite una sorgente di calore addizionale.
In un aspetto, la sorgente di calore addizionale ?: una sorgente solare (es. campo solare) e/o calore residuo di recupero industriale (Waste Heat Recovery) e/o calore di scarico di turbine a gas (GT).
In un aspetto, una temperatura alla quale viene portato il fluido di lavoro nella fase di scarico e appena prima dell?ingresso in turbina, tramite la sorgente di calore addizionale e l?ulteriore scambiatore di calore, ? maggiore di una temperatura del fluido di lavoro a fine compressione durante la fase di accumulo.
In un aspetto, la temperatura alla quale viene portato il fluido di lavoro tramite la sorgente di calore addizionale e l?ulteriore scambiatore di calore ? superiore di circa 100?C, ma anche di 200?C o anche di 300?C o anche di 400?C, rispetto alla temperatura del fluido di lavoro a fine compressione.
La Richiedente ha verificato che l?ulteriore riscaldamento del fluido di lavoro tramite la sorgente di calore addizionale permette di incrementare notevolmente la Round Trip Efficiency (RTE).
In un aspetto, l?involucro ? deformabile.
In un aspetto, l?involucro presenta la struttura di un gasometro.
In un aspetto, l?involucro ? un pallone pressostatico.
In un aspetto, l?involucro ? in materiale flessibile, preferibilmente plastico, ad esempio in Tessuto di Poliestere spalmato PVC.
In un aspetto, un generatore ? inoltre meccanicamente collegato o collegabile alla turbina, in cui, nella configurazione di scarico, la turbina aziona il generatore generando inoltre energia elettrica.
In un aspetto, nella fase di scarico detto processo genera inoltre energia elettrica. In un aspetto, il motore ? un motore elettrico.
In un aspetto, il motore ? un motore termico.
In un aspetto, il motore ? un motore idraulico o eolico.
In un aspetto, il motore ? una turbina, opzionalmente a gas o a vapore, opzionalmente idraulica o eolica.
La Richiedente ha verificato che l?impianto secondo l?invenzione ? in grado di accumulare non solo energia elettrica in eccesso (assorbendo energia elettrica dalla rete) ma anche direttamente energia meccanica proveniente da un generico motore inteso come macchina motrice. L?impianto ? dunque anche in grado di assorbire e accumulare energia meccanica e ritrasformarla in energia meccanica senza conversioni in energia elettrica.
In un aspetto, il motore ed il generatore sono elementi distinti, in cui il motore ? preferibilmente stabilmente collegato al compressore ed il generatore ? preferibilmente stabilmente collegato alla turbina.
In un aspetto, il motore ed il generatore sono definiti da un unico motogeneratore. In un aspetto, l?impianto comprende dispositivi di connessione, preferibilmente del tipo a frizione, interposti tra il motogeneratore ed il compressore ed anche interposti tra il motogeneratore e la turbina per collegare meccanicamente e alternativamente il motogeneratore al compressore oppure alla turbina.
In un aspetto, il motogeneratore, il compressore e la turbina sono disposti su un medesimo asse.
In un aspetto, un motore ausiliario, preferibilmente elettrico, ? collegato alla macchina condotta ed ? configurato per azionare detta macchina condotta almeno quando l?impianto ? nella configurazione di accumulo.
In un aspetto, un generatore ausiliario ? meccanicamente interposto tra la turbina e la macchina condotta.
In un aspetto, dispositivi di connessione, preferibilmente del tipo a frizione, sono interposti tra il generatore ausiliario e la turbina per collegare selettivamente detto generatore ausiliario alla turbina.
In un aspetto, il motore ausiliario ed il generatore ausiliario sono definiti da un unico motogeneratore ausiliario.
In un aspetto, la compressione del fluido di lavoro nel compressore ? adiabatica, inter-refrigerata oppure isoterma.
In un aspetto, l?espansione del fluido di lavoro nella turbina ? adiabatica, interriscaldata oppure isoterma.
In un aspetto, un accumulatore termico (Thermal Energy Storage TES) ausiliario ? collegato al compressore ed alla turbina.
In un aspetto, l?accumulatore termico ausiliario ? configurato per realizzare, nel compressore e durante la fase di accumulo, una compressione inter-refrigerata, con una o pi? inter-refrigerazioni.
In un aspetto, l?accumulatore termico ausiliario ? configurato per realizzare, nella turbina e durante la fase di scarico, una espansione inter-riscaldata, con uno o pi? inter-riscaldamenti.
In un aspetto, si prevede di effettuare una pluralit? di inter-refrigerazioni nella fase di accumulo e di effettuare un numero di inter-riscaldamenti minore del numero di inter-refrigerazioni utilizzando calore (accumulato nell?accumulatore termico ausiliario) solo di parte delle inter-refrigerazioni.
In un aspetto, si prevede di effettuare una pluralit? di inter-refrigerazioni nella fase di accumulo e di effettuare un solo inter-riscaldamento nella fase di scarico utilizzando calore (accumulato nell?accumulatore termico ausiliario) solo dell?ultima inter-refrigerazione.
La Richiedente ha verificato che la combinazione dell?ulteriore riscaldamento del fluido di lavoro tramite la sorgente di calore addizionale unitamente alle interrefrigerazioni ed agli inter-riscaldamenti sopra menzionati permette di incrementare la Round Trip Efficiency (RTE) fino a valori superiori al 100%.
In un aspetto, lo scambiatore di calore primario ? o comprende un rigeneratore di calore a letto fisso o mobile.
In un aspetto, il rigeneratore di calore a letto fisso o mobile comprende almeno una massa termica lambita dal fluido di lavoro.
In un aspetto, il rigeneratore di calore a letto fisso o mobile comprende almeno una massa termica non lambita dal fluido di lavoro, ma separata dal medesimo da una parete, tipicamente di metallo, atta a contenere la pressione, e quindi la massa si trova a pressione atmosferica.
In un aspetto, la massa termica comprende materiale incoerente, opzionalmente ghiaia o sfere di metallo o di ceramica
In un aspetto, la massa termica comprende materiale coeso, opzionalmente cemento o ceramica o metallo.
In un aspetto, lo scambiatore di calore primario comprende un circuito primario attraversato da un fluido primario o pi? circuiti primari attraversati da pi? fluidi primari, opzionalmente acqua, olio o sali.
In un aspetto, il circuito primario comprende una porzione di scambio termico configurata per scambiare calore con il fluido di lavoro.
In un aspetto, il circuito primario comprende almeno una camera di stoccaggio primaria, preferibilmente due camere di stoccaggio, per detto fluido primario. In un aspetto, il circuito primario comprende una camera di stoccaggio primaria calda, per il fluido primario caldo accumulato dopo aver asportato calore dal fluido di lavoro nella configurazione/fase di accumulo dell?apparato/processo, ed una camera di stoccaggio primaria fredda, per il fluido primario freddo accumulato dopo aver ceduto calore al fluido di lavoro nella configurazione/fase di scarico dell?apparato/processo.
In un aspetto, il circuito primario comprende un rigeneratore di calore a letto fisso, preferibilmente operante a pressione atmosferica, lambito dal fluido primario.
In un aspetto, lo scambiatore di calore secondario comprende un circuito secondario attraversato da un fluido secondario, opzionalmente aria o acqua. In un aspetto, il circuito secondario comprende una porzione di scambio termico configurata per essere lambita dal fluido di lavoro.
In un aspetto, il circuito secondario comprende almeno una camera di stoccaggio secondaria per detto fluido secondario.
In un aspetto, il circuito secondario comprende una camera di stoccaggio secondaria calda, per il fluido secondario caldo accumulato dopo aver asportato calore dal fluido di lavoro nella configurazione/fase di accumulo dell?apparato/processo, ed una camera di stoccaggio secondaria fredda, per il fluido secondario freddo accumulato dopo aver ceduto calore al fluido di lavoro nella configurazione/fase di scarico dell?apparato/processo.
In un aspetto, lo scambiatore di calore secondario ? interposto tra lo scambiatore di calore primario ed detto serbatoio.
In un aspetto, lo scambiatore di calore secondario ? integrato nel serbatoio.
In un aspetto lo scambiatore di calore secondario ? dotato di sistemi di regolazione della portata e/o della temperatura di fluido secondario, tipicamente acqua o aria, in grado di regolare entro certi termini la pressione nei serbatoi di stoccaggio, quando il sistema opera in condizioni sub-critiche.
La regolazione di temperatura pu? essere effettuata mediante apporto di calore dall?atmosfera o asportazione di calore in atmosfera, anche sfruttando le normali oscillazioni di temperatura ambientale di aria e acqua nelle diverse ore della giornata.
In un aspetto, la porzione di scambio termico dello scambiatore di calore secondario ? alloggiata all?interno del serbatoio.
In un aspetto, il circuito secondario ? configurato per asportare calore dal fluido di lavoro, nella configurazione di accumulo, o per cedere calore al fluido di lavoro, nella configurazione di scarico, ad una temperatura inferiore a 100?C, opzionalmente compresa tra 0?C e 50?C, opzionalmente ad una temperatura prossima alla temperatura ambiente.
In un aspetto, nella configurazione/fase di accumulo, poich? lo scambiatore di calore secondario opera in condizioni prossime alla temperatura ambiente, ci? in ragione del fatto che il fluido ha una temperatura critica vicina alla temperatura ambiente, ? possibile che la fase di asporto di calore ad opera dello scambiatore di calore secondario sia coadiuvata da una fase di scambio diretto o indiretto con l?atmosfera.
In un aspetto, nella configurazione/fase di scarico, poich? lo scambiatore di calore secondario opera in condizioni prossime alla temperatura ambiente, ci? in ragione del fatto che il fluido ha una temperatura critica vicina alla temperatura ambiente, ? possibile che la fase di apporto di calore ad opera dello scambiatore di calore secondario sia coadiuvata da una fase di scambio diretto o indiretto con l?atmosfera.
In un aspetto, il serbatoio ? sferico o sostanzialmente sferico.
In un aspetto, il serbatoio ? cilindrico o sostanzialmente cilindrico.
In un aspetto, una parete esterna del serbatoio ? in metallo.
In un aspetto, una temperatura del fluido di lavoro accumulato nel serbatoio ? compresa tra 0?C e 100?C.
In un aspetto, una pressione del fluido di lavoro accumulato nel serbatoio ? compresa tra 10 bar e 150bar, preferibilmente tra 10 bar e 150bar, preferibilmente fra 50 e 100bar, preferibilmente fra 65 e 85bar.
In un aspetto, un rapporto tra una densit? del fluido di lavoro quando contenuto nel serbatoio ed una densit? del medesimo fluido di lavoro quando contenuto nell?involucro ? compresa tra 200 e 500.
In un aspetto, lo scambiatore di calore secondario e lo scambiatore di calore primario sono configurati per operare una trasformazione super-critica del fluido di lavoro in modo che detto fluido di lavoro ? accumulato nel serbatoio in fase supercritica.
In un aspetto, si prevede di asportare calore dal fluido di lavoro nello scambiatore primario fino a portarlo, in un diagramma T-S, ad una temperatura superiore alla temperatura critica e al di sopra della campana di Andrews.
In un aspetto, si prevede di asportare calore dal fluido di lavoro nello scambiatore di calore secondario portandolo in fase super-critica e facendogli seguire la parte destra della campana di Andrews.
In un aspetto, lo scambiatore di calore secondario e lo scambiatore di calore primario sono configurati per operare una trasformazione sub-critica del fluido di lavoro in modo che detto fluido di lavoro ? accumulato nel serbatoio in fase liquida. In un aspetto, si prevede di asportare calore dal fluido di lavoro nello scambiatore primario fino a portarlo, in un diagramma T-S, ad una temperatura inferiore alla temperatura critica e in un punto della parte sinistra della campana di Andrews. In un aspetto, si prevede di asportare calore dal fluido di lavoro nello scambiatore di calore secondario facendogli attraversare la zona di vapore saturo e fino a portarlo in fase liquida.
Ulteriori caratteristiche e vantaggi appariranno maggiormente dalla descrizione dettagliata di forme d?esecuzione preferite, ma non esclusive, di un impianto e di un processo per l?accumulo di energia in accordo con la presente invenzione.
Descrizione dei disegni
Tale descrizione verr? esposta qui di seguito con riferimento agli uniti disegni, forniti a solo scopo indicativo e, pertanto, non limitativo, nei quali:
? la figura 1 illustra schematicamente una forma realizzativa di un impianto per l?accumulo di energia secondo la presente invenzione;
? la figura 2 ? un diagramma T-S illustrante un processo secondo la presente invenzione attuato nell?impianto di figura 1;
? la figura 3 illustra una variante realizzativa dell?impianto di figura 1;
? la figura 4 illustra una ulteriore variante realizzativa dell?impianto di figura 1; ? la figura 5 illustra una porzione dell?impianto secondo la presente invenzione;
? la figura 6 illustra una ulteriore forma realizzativa di un impianto per l?accumulo di energia secondo la presente invenzione.
?
Descrizione dettagliata
Con riferimento alle figure allegate, con il numero di riferimento 1 ? stato complessivamente indicato un impianto per l?accumulo di energia (energy storage) secondo la presente invenzione.
L?impianto 1 opera ad esempio con un fluido di lavoro diversa dall?aria atmosferica.
Ad esempio, l?impianto 1 opera con un fluido di lavoro scelto nel gruppo comprendente: anidride carbonica CO2, esafluoruro di zolfo SF6, ossido di diazoto N2O. Nella seguente descrizione, il fluido di lavoro utilizzato in abbinamento all?impianto 1 descritto ? l?anidride carbonica CO2.
L?impianto 1 ? configurato per attuare una trasformazione termodinamica ciclica (TTC) chiusa, prima in un senso in una configurazione/fase di accumulo e poi in un senso opposto in una configurazione/fase di scarico, in cui nella configurazione di accumulo l?impianto 1 accumula calore e pressione e nella configurazione di scarico genera energia elettrica.
Con riferimento alla figura 1, l?impianto 1 comprende una turbina 2 ed un compressore 3 meccanicamente collegati ad un albero di un unico motogeneratore 4. Il motogeneratore 4, il compressore 3 e la turbina 2 sono disposti su un medesimo asse. Un albero della turbina 2 ? accoppiato ad un?estremit? dell?albero del motogeneratore 4 tramite dispositivi di connessione, ad esempio del tipo a frizione, che permettono di collegare e scollegare a comando la turbina 2 al/dal motogeneratore 4. Analogamente, un albero del compressore 3 ? accoppiato ad un?estremit? opposta dell?albero del motogeneratore 4 tramite dispositivi di connessione, ad esempio del tipo a frizione, che permettono di collegare e scollegare a comando il compressore 3 al/dal motogeneratore 4.
La turbina ? inoltre meccanicamente collegata per mezzo di elementi di trasmissione 301 rappresentati solo in modo schematico ad una macchina condotta 300, rappresentata schematicamente in figura 1, diversa da un generatore o da un motogeneratore. Tale macchina condotta 300 pu?, ad esempio, essere un compressore di aria o di gas naturale per pipeline o per gas naturale liquefatto (LNG) o di gas di processo, una pompa per acqua o per gas di processo, o comunque una macchina condotta in genere.
Nella variante realizzativa illustrata in figura 3, il motore 4a ed il generatore 4b sono elementi distinti. In tal caso, il motore ? stabilmente collegato al compressore 3 ed il generatore ? stabilmente collegato agli elementi di trasmissione 301 ed alla turbina 2. Il motore 4a ? un motore elettrico.
Nella ulteriore variante di figura 4, tra la macchina condotta 300 e la turbina 2 ? installato un motogeneratore ausiliario 302 e dispositivi di connessione 303 del tipo a frizione, sono interposti tra il motogeneratore ausiliario 302 e la turbina 2 per collegare selettivamente il motogeneratore ausiliario 302 e la macchina condotta 300 alla turbina 2.
In ulteriori varianti, la turbina 2 ? meccanicamente collegata solo ad una o pi? macchine condotte e non ? collegata o collegabile ad alcuna generatore o motogeneratore. Ad esempio, la figura 5 illustra la turbina 2 direttamente collegata all?albero di un compressore utilizzato per la compressione di un fluido di processo ?F?. Il compressore costituisce la macchina condotta 300. Nell?esempio illustrato, l?albero della turbina 2 e l?albero del compressore 300 sono solidali e le due macchina girano al medesimo numero di giri. In ulteriori varianti, pu? essere previsto un riduttore o un moltiplicatore di giri interposto tra la turbina 2 ed il compressore 300.
In ulteriori varianti, non illustrate in dettaglio nelle figure allegate, il motore 4a collegato al compressore 3 non ? un motore elettrico ma una macchina motrice che non sfrutta l?elettricit? per essere azionata. Ad esempio, il motore 4a ? una turbina, ad esempio una turbina a gas o a vapore o ancora una turbina eolica o idraulica.
L?impianto 1 comprende un involucro 5 preferibilmente definito da un pallone pressostatico in materiale flessibile, ad esempio in tessuto di poliestere spalmato PVC. Il pallone pressostatico ? disposto in superficie ed ? esternamente a contatto con l?aria atmosferica. Il pallone pressostatico delimita al proprio interno un volume configurato per contenere il fluido di lavoro a pressione atmosferica o sostanzialmente atmosferica, ovvero in equilibrio di pressione con l?atmosfera. L?involucro 5 pu? anche essere realizzato come un gasometro o qualsiasi altro sistema di stoccaggio di gas a sovra-pressione bassa o nulla.
Prime condutture 6 si sviluppano tra l?involucro 5 ed un ingresso 3a del compressore 3 e tra l?involucro 5 ed un?uscita 2b della turbina 2 per mettere in comunicazione di fluido il volume interno dell?involucro 5 con detti compressore 3 e turbina 2. Una valvola o un sistema di valvole, non illustrata, pu? essere operativamente collocata sulle prime condutture 6 per mettere in comunicazione di fluido alternativamente l?involucro 5 con l?ingresso 3a del compressore 3 oppure l?uscita 2b della turbina 2 con l?involucro 5.
L?impianto 1 comprende uno scambiatore di calore primario 7 il quale pu? essere messo selettivamente in comunicazione di fluido con un?uscita 3b del compressore 3 oppure con un ingresso 2a della turbina 2. A tale scopo, seconde condutture 8 si sviluppano tra l?ingresso 2a della turbina 2 e lo scambiatore di calore primario 7 e tra l?uscita 3b del compressore 3 e lo scambiatore di calore primario 7. Una valvola, o un sistema di valvole, non illustrata, ? operativamente collocata sulle seconde condutture 8 per mettere in comunicazione di fluido alternativamente lo scambiatore di calore primario 7 con l?ingresso 2a della turbina 2 oppure l?uscita 3b del compressore 3 con lo scambiatore di calore primario 7. In una forma realizzativa preferita, ? presente la sola valvola o sistema di valvole posta/e sulle seconde condutture 8.
Un serbatoio 9 ? in comunicazione di fluido con lo scambiatore di calore primario 7 ed ? configurato per accumulare il fluido di lavoro in fase liquida o supercritica. Il serbatoio 9 ? preferibilmente in metallo con una parete esterna di forma sferica. Uno scambiatore di calore secondario 10 ? operativamente attivo tra lo scambiatore di calore primario 7 ed il serbatoio 9, oppure in detto serbatoio 9, ed ? configurato per operare sul fluido di lavoro accumulato o in fase di accumulo nel serbatoio 9. Secondo quanto illustrato nella forma realizzativa di figura 1, lo scambiatore di calore secondario 10 ? integrato nel serbatoio 9 nel senso che presenta una propria porzione di scambio termico 11 alloggiata all?interno del serbatoio 9 e configurata per essere lambita dal fluido di lavoro contenuto in detto serbatoio 9. Terze condutture 12 si sviluppano tra lo scambiatore di calore primario 7 ed il serbatoio 9 per mettere in comunicazione di fluido detto scambiatore di calore primario 7 con detto serbatoio 9 e con detto scambiatore di calore secondario 10.
Nella rappresentazione schematica di figura 1, l?impianto 1 pu? comprendere inoltre uno scambiatore di calore addizionale 13 operativamente interposto tra l?involucro 5 ed il compressore 2 e tra l?involucro 5 e la turbina 2 ed eventualmente un raffreddatore 13a posizionato su un ramo delle prime condutture 6 collegato all?uscita 2b della turbina 2.
L?impianto 1 comprende inoltre una unit? di controllo, non illustrata, operativamente collegata ai diversi elementi dell?impianto 1 stesso e configurata/programmata per gestirne il funzionamento.
L?impianto 1 ? configurato per operare in una configurazione di accumulo o in una configurazione di scarico ovvero per eseguire un processo comprendente una fase di accumulo di energia ed una fase di scarico e generazione di energia.
Nella configurazione di accumulo, l?impianto 1 parte da un primo stato nel quale il fluido di lavoro (CO2) in forma gassosa ? tutto contenuto nell?involucro 5 alla pressione atmosferica o sostanzialmente atmosferica e ad una temperatura sostanzialmente pari alla temperatura ambiente (punto A del diagramma T-S di figura 2). L?involucro 5, tramite il sistema di valvole, ? messo in comunicazione con l?ingresso 3a del compressore 3 mentre la comunicazione con l?uscita 2b della turbina 2 ? bloccata. Inoltre, per mezzo del sistema di valvole, lo scambiatore di calore primario 7 ? in messo comunicazione di fluido con l?uscita 3b del compressore 3 e la comunicazione con l?ingresso 2a della turbina 2 ? bloccata. Il motogeneratore 4 ? accoppiato al solo compressore 3 ed ? disaccoppiato dalla turbina 2 (che ? a riposo) e dalla macchina condotta 300. Il motogeneratore 4 lavora come motore per azionare il compressore 3 in modo da comprimere il fluido di lavoro proveniente dall?involucro 5. La macchina condotta 300 pu?, ad esempio, lavorare in modo indipendente movimentata da un rispettivo motore ausiliario ad essa dedicato e non illustrato nelle allegate figure.
Prima di entrare nel compressore 3, il fluido di lavoro attraversa lo scambiatore di calore addizionale 13 il quale lavora come riscaldatore per pre-riscaldare il fluido di lavoro (punto B del diagramma T-S di figura 2). Il fluido di lavoro viene poi compresso nel compressore 3 e si riscalda (punto C del diagramma T-S di figura 2). Il fluido di lavoro fluisce quindi attraverso lo scambiatore di calore primario 7 che lavora come raffreddatore per asportare calore dal fluido di lavoro compresso, raffreddarlo (punto D del diagramma T-S di figura 2) ed accumulare l?energia termica asportata da detto fluido di lavoro. Nel punto D il fluido di lavoro si trova ad una temperatura inferiore alla temperatura critica di detto fluido ed in un punto sulla parte sinistra della campana di Andrews o leggermente fuori dalla campana in condizioni di leggero surriscaldamento. La citata compressione pu? essere adiabatica, inter-refrigerata oppure isoterma.
Il fluido di lavoro entra nel serbatoio 9 dove lo scambiatore di calore secondario 10, che in questa configurazione lavora come raffreddatore, asporta ulteriore calore dal fluido di lavoro ed accumula ulteriore energia termica. Il fluido di lavoro attraversa la zona di vapore saturo fino a raggiungere la fase liquida (punto E del diagramma T-S di figura 2). Il serbatoio 9 pertanto accumula il fluido di lavoro in fase liquida ad una temperatura inferiore ad una propria temperatura critica Tc. In questo secondo stato, il fluido di lavoro (CO2, Tc = 31?C) in forma liquida, ad esempio a 20?C, ? tutto contenuto nel serbatoio 9. Lo scambiatore di calore secondario 10 e lo scambiatore di calore primario 9 sono pertanto configurati per operare una trasformazione sub-critica del fluido di lavoro in modo che detto fluido di lavoro ? accumulato nel serbatoio 9 in fase liquida.
Nella configurazione di scarico, l?impianto 1 parte dal secondo stato (punto F del diagramma T-S di figura 2). L?involucro 5, tramite il sistema di valvole, ? messo in comunicazione con l?uscita 2b della turbina 2 mentre la comunicazione con l?ingresso 3a del compressore 3 ? bloccata. Inoltre, per mezzo del sistema di valvole, lo scambiatore di calore primario 7 ? in messo comunicazione di fluido con l?ingresso 2a della turbina 2 e la comunicazione con l?uscita 3b del compressore 3 ? bloccata. Il motogeneratore 4 ? accoppiato alla turbina 2 ed alla macchina condotta 300 ed ? disaccoppiato dal compressore 3 (che ? a riposo) e lavora come generatore mosso in rotazione dalla turbina 2 azionata dal fluido di lavoro in espansione. La turbina 2 inoltre aziona la macchina condotta 300 che riceve energia detta turbina 300 e pu? dunque essere azionata tramite l?energia precedentemente accumulata.
Lo scambiatore di calore secondario 10 lavora come riscaldatore e cede parte del calore, precedentemente accumulato nella configurazione di accumulo, al fluido di lavoro nel serbatoio 9. Il fluido di lavoro attraversa la zona di vapore saturo fino a raggiungere la fase vapore (punto G del diagramma T-S di figura 2). Il fluido di lavoro attraversa lo scambiatore di calore primario 7 che ora lavora come riscaldatore e cede ulteriore calore, precedentemente accumulato nella configurazione di accumulo, al fluido di lavoro e lo riscalda (punto H del diagramma T-S di figura 2).
Il fluido di lavoro riscaldato entra nella turbina 2 si espande e si raffredda (punto I del diagramma T-S di figura 2) e determina la rotazione della turbina 2. La turbina 2, posta in rotazione dal fluido di lavoro riscaldato, aziona la macchina condotta 300 ed il motogeneratore 4 che lavora come generatore e genera energia elettrica. L?espansione del fluido di lavoro nella turbina pu? essere adiabatica, interriscaldata oppure isoterma.
Il fluido di lavoro uscente dalla turbina 2 ? raffreddato nello scambiatore di calore addizionale 13 (punto J del diagramma T-S di figura 2) e ritorna nell?involucro 5 alla pressione atmosferica o sostanzialmente atmosferica. Lo scambiatore di calore addizionale 13 in questa fase accumula energia termica addizionale, in un rispettivo dispositivo di accumulo di energia termica addizionale, che verr? utilizzata nella successiva fase di accumulo per pre-riscaldare detto fluido di lavoro.
Nella trasformazione illustrata in figura 2, il circuito secondario 20 ? configurato per asportare calore dal fluido di lavoro, nella configurazione di accumulo, o per cedere calore al fluido di lavoro, nella configurazione di scarico, ad una temperatura prossima alla temperatura ambiente ad esempio di circa 20?C.
Sia nella configurazione/fase di accumulo che in quella di scarico, poich? lo scambiatore di calore secondario 10 opera in condizioni prossime alla temperatura ambiente, ci? in ragione del fatto che il fluido ha una temperatura critica vicina alla temperatura ambiente, ? possibile che la fase di asporto di calore e/o la fase di apporto di calore ad opera dello scambiatore di calore secondario sia/no coadiuvata da una fase di scambio diretto o indiretto con l?atmosfera.
Ad esempio, una temperatura del fluido di lavoro (CO2) accumulato nel serbatoio 9 ? di 24?C ed una pressione del fluido di lavoro accumulato nel serbatoio 9 ? di 65 bar. La densit? della CO2 a 25?C ed alla pressione atmosferica ? di circa 1,8 kg/m<3>. La densit? della CO2 nel serbatoio 9 ? di circa 730 kg/m<3>. Il rapporto tra la densit? del fluido di lavoro quando ? contenuto nel serbatoio 9 nelle condizioni indicate e la densit? del medesimo fluido di lavoro quando ? contenuto nell?involucro 5 a condizioni atmosferiche ? pertanto di circa 400. Si fa notare a tale riguardo che se al posto della CO2 si utilizzasse l?aria atmosferica stoccata a 65 bar e 24?C nel serbatoio 9, la sua densit? sarebbe di soli 78 kg/m<3 >ed il volume del serbatoio 9 teoricamente necessario sarebbe circa dieci volte maggiore.
A titolo esemplificativo, per un impianto 1 secondo l?invenzione in grado di accumulare energia per 100MWh, il volume del pallone pressostatico ? di circa 400000 m<3 >mentre il volume del serbatoio ? di circa 1000 m<3>.
Lo scambiatore di calore primario 7pu? essere un rigeneratore di calore a letto fisso comprendente una massa termica costituita, ad esempio, da sfere di metallo. Nella configurazione/fase di accumulo, la massa termica ? lambita dal fluido di lavoro compresso e caldo, il quale cede calore alle sfere di metallo che accumulano energia termica. Nella configurazione/fase di scarico, la massa termica ? lambita dal fluido di lavoro freddo, il quale assorbe calore dalle sfere di metallo e si riscalda. In una variante non illustrata, il rigeneratore di calore pu? anche essere del tipo a letto mobile. Lo scambiatore di calore primario 7 ? dunque un accumulatore termico (Thermal Energy Storage TES).
Al posto del rigeneratore di calore a letto fisso, possono essere previste altre tipologie.
In varianti realizzative, lo scambiatore di calore secondario 10 e lo scambiatore di calore primario 7 sono configurati per operare una trasformazione super-critica del fluido di lavoro in modo che detto fluido di lavoro ? accumulato nel serbatoio in fase super-critica. A differenza di quanto illustrato in figura 2, lo scambiatore primario 7 asporta calore dal fluido di lavoro fino a portarlo ad una temperatura superiore alla temperatura critica e al di sopra della campana di Andrews. Successivamente, lo scambiatore secondario 10 porta il fluido di lavoro in fase super-critica facendogli seguire la parte destra della campana di Andrews.
Ad esempio, una temperatura del fluido di lavoro (CO2) accumulato nel serbatoio 9 in fase super-critica ? di 25?C ed una pressione del fluido di lavoro accumulato nel serbatoio 9 ? di 100 bar. La densit? della CO2 a 25?C ed alla pressione atmosferica ? di circa 1,8 kg/m<3>. La densit? della CO2 nel serbatoio 9 ? di circa 815 kg/m<3>. Il rapporto tra la densit? del fluido di lavoro quando ? contenuto nel serbatoio 9 nelle condizioni indicate e la densit? del medesimo fluido di lavoro quando ? contenuto nell?involucro 5 a condizioni atmosferiche ? pertanto di circa 450.
Inoltre, lo scambiatore di calore secondario pu? essere dotato di sistemi di regolazione della portata e/o della temperatura di fluido secondario, tipicamente acqua o aria, in grado di regolare entro certi termini la pressione nei serbatoi di stoccaggio, quando il sistema opera in condizioni sub-critiche. La regolazione di temperatura pu? essere ad esempio effettuata mediante apporto di calore dall?atmosfera o asportazione di calore in atmosfera, anche sfruttando le normali oscillazioni di temperatura ambientale di aria e acqua nelle diverse ore della giornata.
Nelle forme realizzative illustrate che utilizzano quale fluido di lavoro CO2 ? inoltre preferibilmente presente un sistema di disidratazione CO2, un de-umidificatore, ad esempio a zeoliti, per evitare potenziale formazione di acido carbonico nel circuito. La figura 6 illustra una ulteriore variante dell?impianto 1. In essa sono visibili gli elementi principali comuni alla figura 1, ovvero la turbina 2, il compressore 3, il motogeneratore 4, l?involucro 5, lo scambiatore di calore primario 7 (accumulatore termico TES), il serbatoio 9 e lo scambiatore di calore secondario 10. L?impianto 1 qui illustrato comprende anche lo scambiatore di calore addizionale 13. Come nella forma realizzativa di figura 4, lo scambiatore di calore secondario 10 ? interposto tra lo scambiatore di calore primario 7 ed il serbatoio 9, ovvero non ? integrato nel serbatoio 9. In modo simile all?impianto di figura 2, lo scambiatore di calore secondario 10 comprende un circuito secondario 20 attraversato da un fluido secondario, ad esempio acqua. Il circuito secondario 20, oltre alla porzione di scambio termico 11 comprende una camera di stoccaggio secondaria 200, per il fluido secondario caldo accumulato dopo aver asportato calore dal fluido di lavoro nella configurazione/fase di accumulo dell?apparato/processo e per il fluido secondario freddo accumulato dopo aver ceduto calore al fluido di lavoro nella configurazione/fase di scarico dell?apparato/processo. La citata camera di stoccaggio secondaria 200 ? inoltre abbinata ad un radiatore 23 provvisto di una o pi? ventole 24 posto si un condotto di ricircolo che, ad esempio, raffredda il fluido secondario durante la notte e lo riscalda di giorno. La citata camera di stoccaggio secondaria 200 ? inoltre collegata tramite un rispettivo circuito 210 allo scambiatore di calore addizionale 13.
In questa variante realizzativa, l?impianto 1 comprende inoltre almeno un ulteriore scambiatore di calore 220 che riceve calore da una sorgente di calore addizionale 230. L?ulteriore scambiatore di calore 220 ? collocato sulle seconde condutture 8, tra l?ingresso 2a della turbina 2 e lo scambiatore di calore primario 7. La sorgente di calore addizionale 230 ?, ad esempio ma non esclusivamente, una sorgente solare (es. campo solare), calore residuo di recupero industriale (Waste Heat Recovery), calore di scarico di turbine a gas, etc.. La sorgente di calore addizionale 230 fornisce calore aggiuntivo durante la fase di scarico. La temperatura alla quale viene portato il fluido di lavoro nella fase di scarico e appena prima dell?ingresso in turbina 2, tramite la sorgente di calore addizionale 230 e l?ulteriore scambiatore di calore 220, ? maggiore della temperatura del fluido di lavoro che si ottiene a fine compressione durante la fase di accumulo. Ad esempio, la temperatura alla quale viene portato il fluido di lavoro tramite la sorgente di calore addizionale 230 e l?ulteriore scambiatore di calore 220 ? superiore di circa 100?C, ma anche di 200?C o anche di 300?C o anche di 400?C rispetto alla temperatura del fluido di lavoro a fine compressione.
L?impianto 1 ? inoltre provvisto di un accumulatore termico (Thermal Energy Storage TES) ausiliario 240 collegato, tramite opportuni circuiti, al compressore 2 ed alla turbina 2 in modo da realizzare, nel compressore 3 (durante la fase di accumulo), una compressione inter-refrigerata (con una o pi? inter-refrigerazioni) e da realizzare, nella turbina 2 (durante la fase di scarico), una espansione interriscaldata (con uno o pi? inter-riscaldamenti). Il calore accumulato nell?accumulatore termico ausiliario 240 durante la compressione inter-refrigerata ? utilizzato in tutto o in parte per realizzare l?espansione inter-riscaldata.
Lista elementi
1 impianto per l?accumulo di energia
2 turbina
2a ingresso turbina
2b uscita turbina
3 compressore
3a ingresso compressore
3b uscita compressore
4 motogeneratore
4a motore
4b generatore
5 involucro
6 prime condutture
7 scambiatore di calore primario
8 seconde condutture
9 serbatoio
10 scambiatore di calore secondario
11 porzione di scambio termico dello scambiatore di calore secondario 12 terze condutture
13 scambiatore di calore addizionale
13a raffreddatore
20 circuito secondario
200 camera di stoccaggio secondaria
210 circuito dello scambiatore di calore addizionale
220 ulteriore scambiatore di calore
230 sorgente di calore addizionale
240 accumulatore termico ausiliario
300 macchina condotta
301 elementi di trasmissione
302 motogeneratore ausiliario
303 dispositivi di connessione
Claims (15)
- RIVENDICAZIONI 1. Impianto per l?accumulo di energia, comprendente: un fluido di lavoro diverso dall?aria atmosferica; un involucro (5) configurato per stoccare il fluido di lavoro, in fase gassosa e in equilibrio di pressione con l?atmosfera; un serbatoio (9) configurato per stoccare detto fluido di lavoro in fase liquida o supercritica con una temperatura vicina alla temperatura critica; in cui detta temperatura critica ? vicina alla temperatura ambiente, preferibilmente tra 0?C e 100?C; almeno una macchina condotta (300) diversa da un generatore elettrico; in cui l?impianto ? configurato per attuare una trasformazione termodinamica ciclica (TTC) chiusa, prima in un senso in una configurazione di accumulo e poi in un senso opposto in una configurazione di scarico, tra detto involucro (5) e detto serbatoio (9); in cui nella configurazione di accumulo l?impianto accumula calore e pressione; in cui nella configurazione di scarico l?impianto genera energia meccanica e la trasmette alla macchina condotta per azionare detta macchina condotta.
- 2. Impianto secondo la rivendicazione 1, in cui il fluido di lavoro presenta le seguenti propriet? chimico-fisiche: temperatura critica compresa tra 0?C e 200?C, densit? a 25?C compresa tra 0,5 kg/m<3 >e 10 kg/m<3>; e/o preferibilmente scelto nel gruppo comprendente: CO2, SF6, N2O.
- 3. Impianto secondo la rivendicazione 1 o 2, comprendente: - un compressore (3) ed un motore (4a) meccanicamente collegati tra loro; - una turbina (2) meccanicamente collegata alla macchina condotta (300); - detto involucro (5) esternamente a contatto con l?atmosfera e delimitante al proprio interno un volume configurato per contenere il fluido di lavoro a pressione atmosferica o sostanzialmente atmosferica, in cui detto volume ? selettivamente in comunicazione di fluido con un ingresso (3a) del compressore (3) oppure con un?uscita (2b) della turbina (2), in cui opzionalmente l?involucro (5) ? un pallone pressostatico; - uno scambiatore di calore primario (7) selettivamente in comunicazione di fluido con un?uscita (3b) del compressore (3) oppure con un ingresso (2a) della turbina (2); - detto serbatoio (9) in comunicazione di fluido con lo scambiatore di calore primario (7) per accumulare il fluido di lavoro; - uno scambiatore di calore secondario (10) operativamente attivo tra lo scambiatore di calore primario (7) ed il serbatoio (9) oppure in detto serbatoio (9); detto impianto essendo configurato per operare nella configurazione di accumulo o nella configurazione di scarico; in cui, nella configurazione di accumulo, l?involucro (5) ? in comunicazione di fluido con l?ingresso (3a) del compressore (3) e lo scambiatore di calore primario (7) ? in comunicazione di fluido con l?uscita (3b) del compressore (3), la turbina (2) ? a riposo, il motore (4a) ? operativo e aziona il compressore (3) per comprimere il fluido di lavoro proveniente dall?involucro (5), lo scambiatore di calore primario (7) lavora come raffreddatore per asportare calore dal fluido di lavoro compresso, raffreddarlo ed accumulare energia termica, lo scambiatore di calore secondario (10) lavora come raffreddatore per asportare ulteriore calore dal fluido di lavoro compresso ed accumulare ulteriore energia termica, il serbatoio (9) riceve e accumula il fluido di lavoro compresso e raffreddato, in cui il fluido di lavoro accumulato nel serbatoio (9) presenta una temperatura prossima ad una propria temperatura critica; in cui, nella configurazione di scarico, l?involucro (5) ? in comunicazione di fluido con l?uscita (2b) della turbina (2) e lo scambiatore di calore primario (7) ? in comunicazione di fluido con l?ingresso (2a) della turbina (2), il compressore (3) ? a riposo, lo scambiatore di calore secondario (10) lavora come riscaldatore per cedere calore al fluido di lavoro proveniente dal serbatoio (9), lo scambiatore di calore primario (7) lavora come riscaldatore per cedere ulteriore calore al fluido di lavoro e riscaldarlo, la turbina (2) ? posta in rotazione dal fluido di lavoro riscaldato ed aziona la macchina condotta (300), il fluido di lavoro ritorna nell?involucro (5) alla pressione atmosferica o sostanzialmente atmosferica.
- 4. Impianto secondo una delle rivendicazioni precedenti da 1 a 3, in cui la macchina condotta ? un compressore o una pompa, opzionalmente utilizzato/a per la produzione di un gas di processo.
- 5. Impianto secondo una delle rivendicazioni precedenti da 1 a 5, in cui il motore (4a) ? un motore elettrico o un motore termico, opzionalmente una turbina a gas o a vapore.
- 6. Impianto secondo una delle rivendicazioni precedenti da 1 a 5, comprendente un ulteriore scambiatore di calore (220) operativamente associato ad una sorgente di calore addizionale (230) e operativamente interposto tra la turbina (2) e lo scambiatore di calore primario (7) in cui detto ulteriore scambiatore di calore (220) ? configurato per riscaldare ulteriormente il fluido di lavoro nella configurazione prima dell?ingresso in turbina (2).
- 7. Impianto secondo la rivendicazione precedente, in cui la sorgente di calore addizionale (230) ? scelta tra: una sorgente solare, calore residuo di recupero industriale, calore di scarico di turbine a gas.
- 8. Impianto secondo la rivendicazione 3 o secondo una delle rivendicazioni da 4 a 7 quando dipende dalla 3, comprendente inoltre un generatore (4b) meccanicamente collegato o collegabile alla turbina (2); in cui, nella configurazione di scarico, la turbina (2) aziona il generatore (4b) generando inoltre energia elettrica.
- 9. Impianto secondo la rivendicazione precedente, in cui il motore (4a) ed il generatore (4b) sono elementi distinti; oppure in cui il motore (4a) ed il generatore (4b) sono definiti da un unico motogeneratore (4) e l?impianto comprende dispositivi di connessione interposti tra detto motogeneratore (4) ed il compressore (3) e la turbina (2) per collegare meccanicamente e alternativamente il motogeneratore (4) al compressore (3) oppure alla turbina (2).
- 10. Impianto secondo la rivendicazione 3 o secondo una delle rivendicazioni da 4 a 9 quando dipende dalla 3, comprendente un motore ausiliario collegato alla macchina condotta (300) e configurato per azionare detta macchina condotta (300) almeno quando l?impianto (1) ? nella configurazione di accumulo; opzionalmente comprendente un generatore ausiliario meccanicamente interposto tra la turbina (2) e la macchina condotta (300) e dispositivi di connessione (303) interposti tra il generatore ausiliario e la turbina (2) per collegare selettivamente detto generatore ausiliario alla turbina (2); in cui opzionalmente il motore ausiliario ed il generatore ausiliario sono definiti da un unico motogeneratore ausiliario (302).
- 11. Processo per l?accumulo di energia, opzionalmente attuato con l?impianto secondo almeno una delle precedenti rivendicazioni, in cui il processo comprende: attuare una trasformazione termodinamica ciclica (TTC) chiusa, prima in un senso in una configurazione/fase di accumulo e poi in un senso opposto in una configurazione/fase di scarico, tra un involucro (5) per lo stoccaggio di un fluido di lavoro diverso dall?aria atmosferica, in fase gassosa e in equilibrio di pressione con l?atmosfera, ed un serbatoio (9) per lo stoccaggio di detto fluido di lavoro in fase liquida o supercritica con una temperatura vicina alla temperatura critica; in cui detta temperatura critica ? vicina alla temperatura ambiente, preferibilmente tra 0?C e 100?C; in cui nella fase di accumulo il processo accumula calore e pressione e nella fase di scarico genera energia meccanica e la trasmette ad una macchina condotta (300) diversa da un generatore elettrico per azionare detta macchina condotta (300).
- 12. Processo secondo la rivendicazione 11, in cui la fase di accumulo comprende: - comprimere detto fluido di lavoro, proveniente da detto involucro (5) esternamente a contatto con l?atmosfera e delimitante al proprio interno un volume configurato per contenere il fluido di lavoro a pressione atmosferica o sostanzialmente atmosferica, assorbendo energia; - immettere il fluido di lavoro compresso attraverso uno scambiatore di calore primario (7) ed uno scambiatore di calore secondario (10) posti in serie fino a portare una temperatura del fluido di lavoro in prossimit? di una propria temperatura critica; in cui lo scambiatore di calore primario (7) lavora come raffreddatore per asportare calore dal fluido di lavoro compresso, raffreddarlo ed accumulare energia termica, in cui lo scambiatore di calore secondario (10) lavora come raffreddatore per asportare ulteriore calore dal fluido di lavoro compresso ed accumulare ulteriore energia termica; - accumulare il fluido di lavoro raffreddato in detto serbatoio (9); in cui lo scambiatore di calore secondario (10) e lo scambiatore di calore primario (7) operano una trasformazione super-critica del fluido di lavoro in modo che detto fluido di lavoro ? accumulato nel serbatoio (9) in fase super-critica oppure in cui lo scambiatore di calore secondario (10) e lo scambiatore di calore primario (7) operano una trasformazione subcritica del fluido di lavoro in modo che detto fluido di lavoro ? accumulato nel serbatoio (9) in fase liquida; in cui opzionalmente una temperatura del fluido di lavoro accumulato nel serbatoio (9) ? compresa tra 0 ?C e 100 ?C e in cui una pressione del fluido di lavoro accumulato nel serbatoio (9) ? compresa tra 10 bar e 150 bar.
- 13. Processo secondo la rivendicazione 11 o 12, in cui detto fluido di lavoro presenta le seguenti propriet? chimico-fisiche: temperatura critica compresa tra 0 ?C e 200 ?C, densit? a 25?C compresa tra 0,5 kg/m<3 >e 10 kg/m<3>; e/o ? preferibilmente scelto nel gruppo comprendente: CO2, SF6, N2O.
- 14. Processo secondo la rivendicazione 11 o 12, in cui la fase di scarico e generazione di energia meccanica comprende: - far transitare il fluido di lavoro, proveniente dal serbatoio (9), attraverso lo scambiatore di calore secondario (10) e lo scambiatore di calore primario (7); in cui lo scambiatore di calore secondario (10) lavora come riscaldatore per cedere calore al fluido di lavoro proveniente dal serbatoio (9), in cui lo scambiatore di calore primario (7) lavora come riscaldatore per cedere ulteriore calore al fluido di lavoro e riscaldarlo; - far transitare il fluido di lavoro riscaldato attraverso una turbina (2) meccanicamente collegata alla macchina condotta (300), in cui la turbina (2) ? posta in rotazione dal fluido di lavoro riscaldato ed aziona la macchina condotta (300), in cui il fluido di lavoro si espande e si raffredda nella turbina (2); - re-immettere il fluido di lavoro proveniente dalla turbina (2) nell?involucro (5) alla pressione atmosferica o sostanzialmente atmosferica.
- 15. Processo secondo la rivendicazione 14, in cui nella fase di scarico e generazione di energia meccanica, tra lo scambiatore di calore primario (7) e la turbina (2), si prevede di riscaldare ulteriormente il fluido di lavoro tramite una sorgente di calore addizionale (230), opzionalmente scelta tra: una sorgente solare, calore residuo di recupero industriale, calore di scarico di turbine a gas.
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