IT202100010490A1 - Plant for high-efficiency fuel to mechanical energy conversion. - Google Patents
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Description
Impianto per conversione di energia da combustibile a meccanica ad alta efficienza.
Descrizione
CAMPO TECNICO
[0001] La presente divulgazione riguarda un impianto di conversione di energia da combustibile a meccanica che pu? essere utilizzato per la generazione di energia, che si basa su un ciclo termodinamico, per applicazioni azionate meccanicamente e/o pi? treni di generazione di energia. Il ciclo termodinamico opera attraverso l?utilizzo di un fluido, come diossido di carbonio, per trasferire l?energia generata dalla combustione di un combustibile.
PRECEDENTI DELLA TECNICA
[0002] Nel campo della produzione di energia, i combustibili fossili sono ancora utilizzati principalmente. Tuttavia, come ? noto, hanno il grave inconveniente di produrre un aumento del diossido di carbonio (CO2), oltre ad altre emissioni. Questa ? una delle cause del cosiddetto riscaldamento globale, che si suppone essere potenzialmente pericoloso e la causa di disastri naturali in futuro.
[0003] Al momento i sistemi di produzione di energia alternativa non hanno la capacit? di sostituire la combustione di combustibili fossili, almeno a breve termine. In particolare, la produzione di energia con tali metodi alternativi non pu? soddisfare le esigenze di consumo della popolazione evoluta.
[0004] Sulla base di quanto sopra, la ricerca nel campo si sta sforzando di migliorare i sistemi di produzione di energia noti basati su combustibili fossili o biomasse per ridurre la produzione di diossido di carbonio da immettere in atmosfera, mantenendo allo stesso tempo un alto livello di efficienza energetica.
[0005] Inoltre, i sistemi noti di produzione di energia basati su combustibili fossili o biomasse risultano costosi rispetto ad altri sistemi. Infatti, le spese in conto capitale e i costi di manutenzione aumentano il costo complessivo per Mega Watt prodotto. Pertanto, la tendenza progettuale ? quella di decarbonizzare l?operazione di produzione di azionamenti meccanici con minori spese in conto capitale.
[0006] Di conseguenza, un impianto di conversione di energia da combustibile a meccanica migliorato, in grado di aumentare l?efficienza e quindi di ridurre il diossido di carbonio per kilowatt prodotto, durante l?utilizzo del diossido di carbonio orale introdotto nell?atmosfera, sarebbe ben accetto nella tecnologia.
SOMMARIO
[0007] In un aspetto, l?oggetto divulgato nel presente documento ? diretto a un impianto di conversione di energia da combustibile a meccanica. L?impianto di conversione di energia ha una linea di feedback del fluido per fornire un fluido, in particolare diossido di carbonio, ed un?unit? di compressione e pompaggio, per comprimere e aumentare la pressione della linea di feedback del fluido. L?impianto di conversione dell?energia prevede inoltre una pluralit? di unit? di azionamento, ciascuna collegata per azionare un relativo carico, quale un compressore o un generatore elettrico, mediante combustione di combustibile ed espansione del fluido. L?impianto di conversione di energia comprende uno o pi? recuperatori di scambio termico, collegati tra la linea di feedback del fluido e le unit? di azionamento, e tra ciascuna unit? di azionamento e l?unit? di compressione e pompaggio. Ciascun recuperatore di scambio termico ? predisposto per riscaldare il fluido alimentato dalla linea di feedback del fluido e compresso dall?unit? di compressione e pompaggio, per essere immesso nelle unit? di azionamento, scambiando il calore del fluido espanso scaricato dalle unit? di azionamento.
[0008] In un altro aspetto, l?oggetto qui divulgato riguarda il fatto che ciascuna unit? di azionamento comprende un combustore per bruciare combustibile, un espansore, operativamente collegato al combustore, un albero rotante, azionato dall?espansore, collegato al carico, vale a dire al compressore o generatore elettrico, per esempio.
[0009] In un altro aspetto, l?oggetto divulgato nel presente documento ? rivolto al fatto che l?unit? di compressione e pompaggio comprende un?unit? di separazione per separare l?acqua dal fluido proveniente dalle unit? di azionamento, dopo essere stato raffreddato da almeno un recuperatore di scambiatore di calore; un compressore, per comprimere e aumentare la pressione del fluido deumidificato, uno scambiatore di calore e una pompa, per aumentare la pressione del fluido. La pompa ? interposta tra lo scambiatore di calore e la linea di feedback del fluido.
[0010] In un ulteriore aspetto, l?oggetto divulgato nel presente documento ? diretto ad un impianto di conversione di energia avente una o pi? linee di estrazione del fluido, per estrarre il fluido in pressione. Le linee di estrazione possono essere collegate alla linea di feedback del fluido oppure a monte della pompa.
[0011] In un altro aspetto, l?oggetto qui divulgato ? rivolto ad un impianto di conversione di energia da combustibile a meccanica avente una pluralit? di unit? di azionamento, ciascuna collegata ad un relativo carico, dove il carico pu? essere un generatore elettrico e/o un compressore centrifugo e/o un generatore elettrico collegato ad un compressore centrifugo.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
[0012] Una valutazione pi? completa delle forme di realizzazione divulgate dell?invenzione e molti dei relativi vantaggi sar? facilmente ottenuta quando la stessa viene meglio compresa facendo riferimento alla seguente descrizione dettagliata se considerata in connessione con i disegni allegati, in cui:
la figura 1 illustra uno schema di un impianto di conversione di energia da combustibile a meccanica secondo una prima forma di realizzazione;
la figura 2 illustra uno schema di un impianto di conversione di energia secondo una seconda forma di realizzazione;
la figura 3 illustra uno schema di un impianto di conversione di energia secondo una terza forma di realizzazione;
la figura 4 illustra uno schema di un impianto di conversione di energia secondo una quarta forma di realizzazione;
la figura 5 illustra uno schema di un impianto di conversione di energia secondo una quinta forma di realizzazione;
la figura 6 illustra uno schema di un impianto di conversione di energia secondo una sesta forma di realizzazione;
la figura 7 illustra uno schema di un impianto di conversione di energia secondo una settima forma di realizzazione; e
la figura 8 illustra uno schema di un impianto di conversione di energia secondo un?ottava forma di realizzazione.
[0018] Nelle varie figure, parti simili saranno indicate con gli stessi numeri di riferimento.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELLE FORME DI REALIZZAZIONE
[0014] Nel campo della produzione di energia elettrica dove vengono utilizzati combustibili fossili, ? stata richiesta una riduzione della produzione di diossido di carbonio, che, come ? noto, ? pericolosa. Esistono alcune disposizioni di produzione di energia in grado di recuperare il calore utilizzando un fluido di trasporto, per risparmiare energia. Il fluido utilizzato pu? essere diossido di carbonio. Secondo un aspetto, l?oggetto in esame ? indirizzato ad una disposizione di un impianto di conversione di energia comprendente una pluralit? di unit? di azionamento per la movimentazione di relativi carichi, tutte funzionanti in base ad un recupero del calore generato dalla combustione di combustibili fossili, convogliati da diossido di carbonio.
[0015] Facendo ora riferimento ai disegni, la figura 1 mostra un impianto di conversione di energia da combustibile a meccanica, o semplicemente impianto di conversione di energia, secondo una prima forma di realizzazione, interamente indicato con il numero di riferimento 1.
[0016] In particolare, l?impianto di conversione di energia 1 comprende sostanzialmente una pluralit? di unit? di azionamento 2, collegate ad un rispettivo carico, come sar? meglio precisato in seguito, una pluralit? di recuperatori di scambiatori di calore 3, ciascuno collegato alla relativa unit? di azionamento 2, unit? di compressione e pompaggio 4, collegata ai recuperatori dello scambiatore di calore 3, ed una linea di feedback di fluido o diossido di carbonio 5, collegata tra l?uscita dell?unit? di compressione e pompaggio 4 ed al recuperatore dello scambiatore di calore 3.
[0017] Continuando con riferimento alla figura 1, l?impianto di conversione dell?energia 1 comprende specificamente tre unit? di azionamento, vale a dire una prima unit? di azionamento 21, una seconda unit? di azionamento 22 e una terza unit? di azionamento 23.
[0018] La prima unit? di azionamento 21 comprende in particolare un combustore 211, ed un espansore 212, collegato al combustore 211. Il combustore 211 ha un ingresso di combustibile 214, per l?introduzione del combustibile da bruciare, un ingresso di ossidante 215, per l?introduzione del fluido aggiuntivo, ovvero diossido di carbonio e ossigeno puro, per il caso in esame, ed un ingresso di fluido 216, per alimentare il fluido da recuperare come meglio spiegato in seguito.
[0019] Pi? specificatamente, con riferimento all?ingresso di ossidante 215, questo fluido pu? essere costituito da ossigeno puro o da una miscela di ossigeno puro e diossido di carbonio, prelevati dal circuito descritto in questa soluzione. L?ossigeno puro viene prodotto con metodi di produzione pronti per l?industria, come ASU ? Air Separation Units (unit? di frazionamento dell?aria) o qualsiasi altro sistema disponibile.
[0020] Un albero rotante 213 ? anche azionato dall?espansore 212. Ciascuna unit? di azionamento 2 ? in grado di trasformare il combustibile e il diossido di carbonio in ingresso del combustore 211 in energia meccanica.
[0021] Sempre riferendosi alla prima unit? di azionamento 21, essa ? collegata ad una macchina elettrica E, collegata all?espansore 212 tramite l?albero rotante 213. In questo caso, quindi, la macchina elettrica E ? il carico della prima unit? di azionamento 21. Pertanto, con questa configurazione, la prima unit? di azionamento 21 ? in grado di trasformare l?energia chimica, ottenuta bruciando il combustibile ed espandendo il diossido di carbonio (il fluido utilizzato), in energia elettrica, eventualmente da immettere nella rete (non mostrato in figura).
[0022] Facendo ora riferimento alla seconda unit? di azionamento 22, essa comprende anche un combustore 221 ed un espansore 222, ma in questo caso ? collegata tramite il relativo albero rotante 223 ad un compressore centrifugo C, che in questo caso ? un carico meccanico. Naturalmente possono essere previsti carichi meccanici differenti, a seconda delle necessit?. L?espansore 222 ha anche un ingresso di carburante 224, un ingresso di ossidante 225 ed un ingresso di fluido 226.
[0023] Inoltre, la terza unit? di azionamento 23, che, analogamente alla prima 21 e alla seconda unit? di azionamento 22, comprende un combustore 23 e un espansore 232. L?espansore 232 ha un ingresso di carburante 234, un ingresso di ossidante 235, e un ingresso di fluido 236. L?espansore di fluido 232 ? collegato tramite l?albero rotante 233 ad un altro compressore centrifugo C, anche in questo caso come carico meccanico.
[0024] Con lo schema mostrato in figura 1, l?impianto di conversione di energia 1 aziona un generatore elettrico E, in modo da produrre energia elettrica, e due carichi meccanici, ovvero i compressori centrifughi C.
[0025] In alcune forme di realizzazione, possono essere inclusi ingranaggi tra le unit? di azionamento 21, 22 e 23 e i relativi carichi, collegati ai relativi alberi rotanti 213, 223 e 233. Il rapporto di conversione degli ingranaggi differisce a seconda delle esigenze di progetto.
[0026] In altre forme di realizzazione, pu? essere previsto un numero diverso di unit? di azionamento 2, a seconda del numero e del tipo di carichi da movimentare.
[0027] Per ciascuna unit? di azionamento 2, ovvero la prima 21, la seconda 22 e la terza 23 unit? di azionamento, ? presente un relativo recuperatore dello scambiatore di calore 3. Ciascun recuperatore dello scambiatore di calore 3 ha un primo ingresso 31, collegato ad un linea di feedback di diossido di carbonio 5, attraverso la quale entra diossido di carbonio ad alta pressione e bassa temperatura in ciascuno dei recuperatori dello scambiatore di calore 3, ed una prima uscita 32, collegata al combustore 211 della relativa unit? di azionamento 2, e specificamente all?ingresso di fluido 216, attraverso il quale vengono introdotti diossido di carbonio ad alta pressione e ad alta temperatura d nel combustore della relativa unit? di azionamento 2, ad esempio, con riferimento alla prima unit? di azionamento 21, il combustore 211.
[0028] Inoltre, ciascun recuperatore dello scambiatore di calore 3 ha un secondo ingresso 33, collegato all?espansore della relativa unit? di azionamento 2, ad esempio, con riferimento alla prima unit? di azionamento 21, l?espansore 212, attraverso il flusso di scarico della turbina, dove la bassa pressione-alta temperatura del diossido di carbonio qui utilizzato come fluido, entra nel recuperatore dello scambiatore di calore 3, ed una seconda uscita 34, collegata al sistema di compressione e pompaggio 4, come meglio spiegato di seguito, dove il fluido a bassa pressione, bassa temperatura (il diossido di carbonio) viene estratto dal recuperatore dello scambiatore di calore 3.
[0029] Il recuperatore dello scambiatore di calore 3 ? configurato per riscaldare l?alta pressione (di seguito sono riportati i dettagli sugli intervalli operativi di pressione e temperatura del fluido, cio? il diossido di carbonio) prima di essere introdotto nell?unit? di azionamento 2 ed essere espanso dalla combustione del combustibile, in modo da azionare il carico ad esso collegato, ovvero il generatore elettrico E, o il compressore centrifugo C. Il recuperatore dello scambiatore di calore 3 attraverso l?ossido di carbonio riscaldato della corrente di scarico della relativa unit? di azionamento 2 riscalda l?ossido di carbonio proveniente dalla linea di feedback di diossido di carbonio 5. In altre parole, il recuperatore dello scambiatore di calore 3 raffredda il fluido (il diossido di carbonio), trasferendone il calore al fluido ad alta pressione proveniente dalla linea di feedback di diossido di carbonio 5, prima di introdurlo in un?unit? di azionamento 2.
[0030] Il recuperatore dello scambiatore di calore 3 pu? comprendere uno o pi? scambiatori di calore, per consentire una migliore estrazione del calore dalla linea di feedback del diossido di carbonio 5.
[0031] Facendo ancora riferimento alla figura 1, ? possibile vedere che l?unit? di compressione e pompaggio 4 ? collegata tra la seconda uscita 34 di ciascuna unit? di azionamento 3, e la linea di feedback del diossido di carbonio 5. L?unit? di compressione e pompaggio 4 ha la funzione di separare l?acqua ed in generale la parte umida dal fluido, e aumentare la pressione del fluido, prima di essere riscaldato dal recuperatore dello scambiatore 3.
[0032] L?unit? di compressione e pompaggio 4 mostrata nella prima forma di realizzazione dell?impianto di conversione dell?energia 1 di figura 1 comprende un?unit? di separazione 41, un compressore 42, uno scambiatore di calore 43 e una pompa 44, collegati in serie.
[0033] In altre forme di realizzazione possono essere presenti anche una pluralit? di gruppi di compressori e pompe, eventualmente funzionanti in parallelo.
[0034] L?unit? di separazione 41 separa l?acqua liquida dalla corrente di scarico proveniente da ciascuna unit? di azionamento 21, 22 e 23, dopo essere stata raffreddata dai recuperatori dello scambiatore di calore 3.
[0035] Dopo che il fluido ? stato deumidificato dall?unit? di separazione 41, il compressore 42 lo comprime, aumentando cos? la pressione dello stesso.
[0036] Quindi il fluido passa attraverso lo scambiatore di calore 43, in modo che la temperatura del fluido venga portata alla temperatura ambiente.
[0037] Alla fine, il fluido passa attraverso la pompa 44, che aumenta la pressione del fluido, prima di immetterlo nella linea di feedback del diossido di carbonio 5, che, come detto sopra, ? collegata al primo ingresso 31 del recuperatore dello scambiatore di calore 3.
[0038] Inoltre, la linea di feedback del diossido di carbonio 5 include una linea di estrazione del diossido di carbonio 51, per cui ? possibile estrarre il diossido di carbonio pressurizzata dall?impianto 1. Il vantaggio e il funzionamento della linea di estrazione 51 saranno meglio spiegati qui sotto.
[0039] Il funzionamento dell?impianto di conversione dell?energia 1 funziona come segue.
[0040] Il carburante e il fluido, vale a dire, nel caso in questione, il diossido di carbonio, entrano nel combustore di ciascuna unit? di azionamento 2 attraverso l?ingresso di carburante, l?ingresso di ossidante e l?ingresso di fluido. In particolare, il combustibile e il diossido di carbonio entrano nel combustore 211 della prima unit? di azionamento 21, nel combustore 221 della seconda unit? di azionamento 22 e nel combustore 231 della terza unit? di azionamento 23. Quindi, l?espansore di ciascuna unit? di azionamento 2 aziona il relativo carico. In particolare, l?espansore 212 della prima unit? di azionamento 21 aziona il generatore elettrico E, mentre l?espansore 222 della seconda unit? di azionamento 22, nonch? l?espansore 232 della terza unit? di azionamento 23 aziona il relativo compressore centrifugo C (o una pluralit? di compressori).
[0041] Da ciascun espansore 212, 222 e 232, il diossido di carbonio, che ora ? espanso ma ha una temperatura elevata, in vista della reazione di combustione, viene introdotta nel secondo ingresso 33 del recuperatore dello scambiatore di calore 3. In particolare, nell?impianto di conversione di energia 1 secondo la prima forma di realizzazione, la temperatura ? compresa tra 500-700?C, e la pressione ? compresa tra 20-40 bar. Possono essere previsti diversi intervalli di temperatura, a seconda del tipo di unit? di azionamento 2 installata e del carico a cui opera ciascuna unit?.
[0042] Quindi, il fluido, dopo essere passato attraverso i recuperatori dello scambiatore di calore 3, viene raffreddato in modo che la temperatura venga portata intorno alla temperatura ambiente, mentre la pressione ? quasi la stessa. Il fluido, ovvero il diossido di carbonio, esce dai recuperatori dello scambiatore di calore 3, per raggiungere l?unit? di compressione e pompaggio 4. In particolare, l?acqua viene estratta dal fluido attraverso l?unit? di separazione 41 e scaricata da un tubo di scarico 45.
[0043] Il fluido, prima di essere compresso dal compressore 42, si trova a temperatura ambiente e ad una pressione pressoch? invariata, ovvero rimane a circa 20-40 bar, mentre la temperatura dipende dalla temperatura di raffreddamento del mezzo refrigerante. Invece, dopo il compressore 42, la temperatura del fluido dipende dall?architettura dei compressori 42 (il compressore 42 pu? essere intercooler o meno), mentre la pressione viene aumentata a 60-100 bar.
[0044] Quindi il fluido passa attraverso lo scambiatore di calore 43, dopodich? si trova alla stessa pressione di 60-100 bar e torna alla temperatura del fluido di raffreddamento/ambiente.
[0045] Infine, la pressione del fluido viene aumentata fino a 250-350 bar, tramite la pompa 44, con la temperatura dipendente dall?architettura della/e pompa/e 44. Infatti, le pompe 44 in alcune forme di realizzazione possono essere dotate di un intercooler (o meno), a seconda del progetto della pompa. Il fluido a temperatura ambiente e alla pressione di 250-350 bar viene quindi introdotto nella linea di feedback del diossido di carbonio 5.
[0046] Come accennato in precedenza, la linea di feedback 5, prima di entrare negli scambiatori di calore 3, ha una linea di estrazione 51, che ? in grado di estrarre parte del diossido di carbonio (CO2) direttamente in condizione pressurizzata e pura. La quantit? di diossido di carbonio estratta ? tale che la pressione del collettore della linea di feedback 5 viene mantenuta relativamente costante (tra 250-350 bar), mentre la quantit? ? soggetta al carico dell?impianto su cui ? in esecuzione. In altre parole, il diossido di carbonio estratto dalla linea di estrazione 51 ? direttamente collegato al combustibile consumato dall?impianto 1.
[0047] In altre forme di realizzazione, la linea di estrazione 51 pu? anche essere posizionata prima (a monte) dell?aspirazione della pompa 44, nel caso in cui il prodotto di diossido di carbonio sia necessario a pressioni inferiori da eventuali altri utenti/ applicazioni finali. L?impianto di conversione di energia da combustibile a meccanica 1 ha quindi l?ulteriore vantaggio di avere la funzione di produrre diossido di carbonio puro a possibili pressioni differenti. Inoltre, nell?impianto di conversione di energia 1 possono essere previste pi? linee di estrazione, collegate in diverse zone o punti del circuito del diossido di carbonio, per estrarre il diossido di carbonio a pressioni differenti, a seconda delle necessit?.
[0048] La linea di feedback 5, come sopra accennato, collega la pompa 44 al primo ingresso 31 dei recuperatori dello scambiatore di calore 3. Passando attraverso i recuperatori dello scambiatore di calore 3, il diossido di carbonio subisce un aumento di temperatura, mantenendo la stessa pressione. In questo modo, prima di entrare in ciascuna delle unit? di azionamento 21, 22 o 23, il fluido ha una pressione di 250-350 bar, e una temperatura compresa tra 500-700?C.
[0049] Come ? chiaro, l?impianto di conversione di energia 1 pu? azionare tre carichi differenti, anche diversi tra loro, attraverso una bassa emissione di diossido di carbonio, che viene utilizzato come fluido da comprimere e aumentare di temperatura, utilizzando un ciclo termodinamico dove un recuperatore dello scambiatore di calore 3 recupera parte del calore generato dall?unit? di azionamento 2 ed in particolare dagli espansori.
[0050] In questo modo si ottiene diossido di carbonio catturato direttamente in forma pressurizzata, mantenendo un?elevata efficienza dell?impianto 1, che si traduce anche nella riduzione della spesa in conto capitale per la manutenzione dell?impianto di conversione di energia 1 stesso.
[0051] Facendo ora riferimento alla figura 2, si pu? vedere una seconda forma di realizzazione dell?impianto di conversione di energia 1. In particolare, la disposizione dell?impianto 1 ? la stessa di quella della prima forma di realizzazione, dove l?espansore 212 della prima unit? di azionamento 21 ? ancora collegato ad un generatore elettrico E, cos? come l?espansore 232 della terza unit? di azionamento 23 ? collegato ad un compressore centrifugo C. Tuttavia, l?espansore 222 della seconda unit? di azionamento 2 ? ora collegato, sempre tramite l?albero rotante 233, ad un compressore centrifugo C e, in serie, ad una macchina elettrica E. Con questa disposizione, la macchina elettrica E ? in grado di funzionare come motore ausiliario del compressore centrifugo C, oltre che come generatore. La macchina elettrica E ? infatti collegata ad una unit? di conversione elettrica (qui non illustrata per semplicit?), che permette alla macchina elettrica E di funzionare sia come motore ausiliario, sia come generatore, nel caso in cui l?espansore 212 abbia qualche eccesso di potenza, che pu? poi essere convertito in energia elettrica. In altre parole, la differenza tra l?impianto di conversione di energia 1 secondo la prima forma di realizzazione (figura 1) e l?impianto di conversione di energia 1 secondo la seconda forma di realizzazione (figura 2) ? che il carico della seconda unit? di generazione di energia 22 ? un compressore C collegato in serie ad una macchina elettrica E.
[0052] Inoltre, in una variante, la macchina elettrica E pu? essere con collegato all?albero rotante 223, ed il compressore centrifugo C pu? essere collegato a valle della macchina elettrica E. Con questa disposizione, il generatore/macchina elettrica E ? in grado di funzionare come motore ausiliario del compressore centrifugo C, nonch? come generatore. La macchina elettrica E ? infatti collegata ad un?unit? di conversione elettrica (qui non mostrata per semplicit?) che permette alla stessa di funzionare sia come motore ausiliario sia come generatore, nel caso in cui l?espansore 212 abbia qualche eccesso di potenza che pu? essere convertito in energia elettrica.
[0053] Il funzionamento dell?impianto di generazione di energia 1 della seconda forma di realizzazione ? lo stesso di quello della prima forma di realizzazione.
[0054] Facendo ora riferimento alla figura 3, viene mostrata una terza forma di realizzazione degli impianti di generazione di energia 1 dove, rispetto alla prima forma di realizzazione, tutte le unit? di azionamento 21, 22 e 23 sono collegate ad un rispettivo compressore centrifugo C. In questo caso, quindi, tutti i carichi sono meccanici.
[0055] Il funzionamento dell?impianto di generazione di energia 1 della terza forma di realizzazione ? lo stesso di quello della prima forma di realizzazione.
[0056] Facendo riferimento alla figura 4, viene illustrata una quarta forma di realizzazione dell?impianto di conversione di energia 1, comprendente due unit? di azionamento 21 e 22, e rispettivi due recuperatori di scambiatori di calore 3.
[0057] Ciascuna delle unit? di azionamento 21 e 22 ? collegata ad un generatore elettrico E, quest?ultimo destinato a trasformare l?energia meccanica prelevata dagli alberi rotanti 213 e 223 delle unit? di azionamento 21 e 22 in energia elettrica, per essere, ad esempio, inserita nella rete.
[0058] Il funzionamento dell?impianto di generazione di energia 1 della quarta forma di realizzazione ? analogo a quello della prima forma di realizzazione.
[0059] Facendo ora riferimento alla figura 5, ? illustrata una quinta forma di realizzazione dell?impianto di conversione di energia 1, che comprende una pluralit? di unit? di azionamento 2. Nello specifico, essa comprende una prima 21, una seconda 22 e una terza 23 unit? di azionamento, rispettivamente collegate ad un generatore elettrico E, un compressore centrifugo C, ed un ulteriore compressore centrifugo C.
[0060] L?impianto di conversione di energia 1 secondo la quinta forma di realizzazione comprende un unico recuperatore dello scambiatore di calore 3, che in questo caso presenta un primo ingresso 31, collegato alla linea di feedback del diossido di carbonio 5, attraverso la quale, come gi? descritto, il diossido di carbonio ad alta pressione e bassa temperatura entra nel recuperatore dello scambiatore di calore 3 ed una prima uscita 32, collegata al combustore 211, 221 e 231 dell?unit? di azionamento 21, 22 e 23. Il diossido di carbonio ad alta pressione ed alta temperatura viene quindi introdotto nei combustori delle unit? di azionamento 21, 22 e 23.
[0061] Il recuperatore dello scambiatore di calore dell?unit? di azionamento 3 ha anche una pluralit? di secondi ingressi, indicati con i numeri di riferimento 331, 332 e 333. Il numero dei secondi ingressi 331, 332 e 333 ? lo stesso delle unit? di azionamento 2.
[0062] Ogni secondo ingresso 331, 332 o 333 ? collegato ad un relativo espansore di un?unit? di azionamento 2.
[0063] Nello specifico, sempre con riferimento alla figura 5, il secondo ingresso 331 della prima unit? di azionamento 21 ? collegato al relativo espansore 212, il secondo ingresso 332 della seconda unit? di azionamento 22 ? collegato al relativo espansore 222, ed il secondo ingresso 333 della terza unit? di azionamento 23 ? collegato al relativo espansore 232.
[0064] Infine, il recuperatore dello scambiatore di calore 3 ha una seconda uscita 34 collegata al sistema di compressione e pompaggio 4, ed in particolare all?unit? di separazione 41. Il fluido a bassa pressione e bassa temperatura (cio? diossido di carbonio) viene estratto dal recuperatore dello scambiatore di calore 3 attraverso la seconda uscita 34.
[0065] Il funzionamento della quinta forma di realizzazione dell?impianto di conversione di energia 1 ? del tutto simile a quello della prima forma di realizzazione. La differenza principale sta nel fatto che il singolo recuperatore dello scambiatore di calore 3 raffredda, per mezzo del diossido di carbonio proveniente dalla linea di feedback del diossido di carbonio 5, il fluido esausto proveniente dalle unit? di azionamento 21, 22 e 23, che ora viene raffreddato da un unico recuperatore dello scambiatore di calore 3, piuttosto che avere un recuperatore dello scambiatore di calore 3 per ciascuna unit? di azionamento 21, 22 o 23.
[0066] Questa disposizione consente di ridurre la complessit? del sistema nonch? il costo complessivo dello stesso.
[0067] Facendo ora riferimento alla figura 6, viene mostrata una sesta forma di realizzazione dell?impianto di conversione di energia 1. In questo caso, la disposizione ? la stessa della quinta forma di realizzazione mostrata in figura 5, tuttavia, la seconda unit? di azionamento 22 ? collegato ad un carico differente tramite l?albero rotante 223, che ?, invece di un compressore centrifugo C, una combinazione del compressore centrifugo C e di un generatore elettrico E, in cui quest?ultimo pu? essere utilizzato anche come ausiliario.
[0068] Facendo riferimento alla figura 7, viene illustrata una settima forma di realizzazione dell?impianto di generazione di energia 1, che, anche in questo caso, come disposizione simile a quella delle quinte forme di realizzazione, comprende solo un unico recuperatore dello scambiatore di calore 3, collegato a tutte le unit? di azionamento 2, che, anche in questo caso, sono tre ed in particolare la prima unit? di azionamento 21, la seconda unit? di azionamento 22 e terza unit? di azionamento 23.
[0069] Inoltre, ciascuna unit? di azionamento 21, 22 e 23, ? collegata tramite il relativo carico ad un compressore centrifugo C. In questa forma di realizzazione, analogamente alla forma di realizzazione mostrata in figura 3, tutti i carichi sono meccanici.
[0070] Con riferimento alla figura 8, viene mostrata un?ottava forma di realizzazione dell?impianto di conversione di energia 1, comprendente un unico recuperatore dello scambiatore di calore 3, collegato a due unit? di azionamento, indicate con i numeri di riferimento 21 e 22, ciascuna collegata ad un generatore E come carico.
[0071] In questo caso si realizza la cosiddetta isola di generazione di energia, poich? tutti i carichi sono generatori elettrici E, destinati ad essere collegati alla rete o ad alimentare corrente elettrica.
[0072] Un vantaggio della presente soluzione ? che l?efficienza dell?impianto ? aumentata ed ? possibile consentire una cattura diretta di diossido di carbonio ad alta pressione.
[0073] ? anche un vantaggio della soluzione che non sono necessari treni di compressori azionati da motori elettrici, riducendo cos? la spesa in conto capitale complessiva dell?impianto. Inoltre, si ottiene un?uscita di potenza piatta a temperatura ambiente, con una maggiore efficienza. Allo stesso modo, ? possibile applicare la soluzione in aree industriali dismesse (retrofit) nonch? su terreni edificabili.
[0074] Sebbene gli aspetti dell?invenzione siano stati descritti in termini di varie forme di realizzazione specifiche, sar? evidente agli esperti del ramo che molte modifiche, cambiamenti e omissioni sono possibili senza allontanarsi dallo spirito e dall?ambito delle rivendicazioni. Inoltre, se non diversamente specificato nel presente documento, l?ordine o la sequenza di qualsiasi processo o fase del metodo pu? essere variato o ri-sequenziato secondo forme di realizzazione alternative.
[0075] Si ? fatto riferimento in dettaglio a forme di realizzazione della divulgazione, uno o pi? esempi delle quali sono illustrati nei disegni. Ogni esempio ? fornito a titolo di spiegazione della divulgazione, non di limitazione della divulgazione. In effetti, risulter? evidente agli esperti del ramo che varie modifiche e variazioni possono essere apportate alla presente descrizione senza allontanarsi dall?ambito o dallo spirito della divulgazione. Il riferimento in tutta la descrizione a "una forma di realizzazione" o "alcune forme di realizzazione" significa che la particolare funzione, struttura o caratteristica descritta in connessione con una forma di realizzazione ? inclusa in almeno una forma di realizzazione dell?oggetto divulgato. Pertanto, l?aspetto della frase "in una forma di realizzazione" o "in alcune forme di realizzazione" in vari punti in tutta la specifica non si riferisce necessariamente alla stessa forma di realizzazione. Inoltre, le particolari funzioni, strutture o caratteristiche possono essere combinate in qualsiasi modo adatto in una o pi? forme di realizzazione.
[0076] Quando vengono introdotti elementi di varie forme di realizzazione, gli articoli "un", "uno/a", "il/lo/la/i/gli/le" e "detto/a/i" intendono indicare che ci sono uno o pi? degli elementi. I termini "comprendente", "che include" e "avente" intendono essere inclusivi e significano che potrebbero esserci elementi aggiuntivi diversi dagli elementi elencati.
Claims (18)
1. Impianto di conversione di energia (1) comprendente:
una linea di feedback del fluido (5) per alimentare un fluido;
un?unit? di compressione e pompaggio (4), per comprimere e aumentare la pressione della linea di feedback del fluido (5);
due o pi? unit? di azionamento (21, 22, 23),
in cui ciascuna unit? di azionamento (21, 22, 23) ? collegata ad un relativo carico (C, E), e
in cui ciascuna unit? di azionamento (21, 22, 23) ? in grado di azionare il relativo carico (C, E) attraverso la combustione di carburante e l?espansione del fluido;
almeno un recuperatore di scambio termico (3), collegato tra la linea di feedback del fluido (5) e le unit? di azionamento (21, 22, 23) e tra ciascuna unit? di azionamento (21, 22, 23) e l?unit? di compressione e pompaggio (4), e
predisposto per riscaldare il fluido alimentato dalla linea di feedback del fluido (5) compresso dall?unit? di compressione e pompaggio (4) per essere alimentato nelle unit? di azionamento (21, 22, 23), scambiando il calore del fluido espanso scaricato dalle unit? di azionamento (21, 22, 23).
2. Impianto di conversione di energia (1) secondo la rivendicazione precedente, comprendente un recuperatore di scambio termico (3) per ciascuna unit? di azionamento (21, 22, 23),
in cui ciascun recuperatore di scambio termico (3) ? collegato tra la linea di feedback del fluido (5) e la relativa unit? di azionamento (21, 22, 23), e tra la relativa unit? di azionamento (21, 22, 23) e l?unit? di compressione e pompaggio (4) e
in cui ciascun recuperatore di scambio termico (3) ? predisposto per riscaldare il fluido fornito dalla linea di feedback del fluido (5) prima che venga alimentato nella relativa unit? di azionamento (21, 22, 23) scambiando il calore del fluido espanso scaricato dalle relative unit? di azionamento (21, 22, 23).
3. Impianto di conversione di energia (1) secondo la rivendicazione 1, comprendente un unico recuperatore di scambio termico (3);
collegato tra la linea di feedback del fluido (5) e ciascuna unit? di azionamento (21, 22, 23) e tra ciascuna unit? di azionamento (21, 22, 23) e l?unit? di compressione e pompaggio (4).
4. Impianto di conversione di energia (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il fluido comprende principalmente diossido di carbonio (CO2).
5. Impianto di conversione di energia (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il recuperatore dello scambiatore di calore (3) pu? comprendere uno o pi? scambiatori di calore.
6. Impianto di conversione di energia (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti,
in cui ciascuna unit? di azionamento (21, 22, 23) comprende:
un combustore (211, 221, 231), avente
un ingresso di carburante (214, 224, 234), per l?introduzione del carburante da bruciare, e un ingresso di ossidante (215, 225, 235), per fornire ossidante al combustore (211, 221, 231), un ingresso di fluido (216, 226, 236), per alimentare il fluido da espandere,
un espansore (212, 222, 232), operativamente collegato al combustore (211, 221, 231),
un albero rotante (213, 223, 233), azionato dall?espansore (212, 222, 232), collegato al carico (C, E);
in cui ha il recuperatore dello scambiatore di calore (3)
un primo ingresso (31), collegato alla linea di feedback del diossido di carbonio (5),
una prima uscita (32), collegata all?ingresso del fluido (216, 226, 236) del combustore (211, 221, 231) della relativa unit? di azionamento (21, 22, 23), almeno un secondo ingresso (33), collegato agli espansori (212, 222, 232) di almeno un?unit? di azionamento (21, 22, 23), e
una seconda uscita (34), collegata al sistema di compressione e pompaggio (4).
7. Impianto di conversione di energia (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui il recuperatore dello scambiatore di calore (3) ha una pluralit? di secondi ingressi (33), ciascuno collegato ad un relativo espansore (212, 222, 232) di un?unit? di azionamento (21, 22, 23).
8. Impianto di conversione di energia (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l?unit? di compressione e pompaggio (4) comprende: almeno un gruppo di separazione (41) per separare l?acqua dal fluido proveniente dalle unit? di azionamento (21, 22 e 23), dopo essere stato raffreddato da almeno un recuperatore dello scambiatore di calore (3);
almeno un compressore (42), per comprimere il fluido deumidificato e aumentare la pressione del fluido;
almeno uno scambiatore di calore (43); e
almeno una pompa (44) azionabile per aumentare la pressione del fluido, in cui la pompa (44) ? collegata tra lo scambiatore di calore (43) e la linea di feedback del fluido (5).
9. Impianto di conversione di energia (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui la pompa (44) aumenta la pressione del fluido fino a 250-350 bar.
10. Impianto di conversione di energia (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 8 o 9, in cui il compressore (42) aumenta la pressione del fluido fino a 60-100 bar.
11. Impianto di conversione di energia (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente almeno una linea di estrazione (51) del fluido, per estrarre il fluido in pressione.
12. Impianto di conversione di energia (1) secondo la rivendicazione precedente, in cui la linea di estrazione (51) ? collegata alla linea di feedback del fluido (5).
13. Impianto di conversione di energia (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 11 o 12, quando dipendente da una qualsiasi delle rivendicazioni 8 o 9, in cui la linea di estrazione (51) ? collegata a monte della pompa (44).
14. Impianto di conversione di energia (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la temperatura del fluido riscaldato dal recuperatore di scambio termico (3) alimentato dalla linea di feedback del fluido (5) da alimentare nelle unit? di azionamento (21, 22, 23) ? compresa tra 500-700?C.
15. Impianto di conversione di energia (1) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente
una prima unit? di azionamento (21) collegata ad un relativo carico (C, E); e
una seconda unit? di azionamento (22) collegata ad un relativo carico (C, E).
16. Impianto di conversione di energia (1) secondo la rivendicazione precedente,
in cui il carico della prima unit? di azionamento (21) ? un generatore elettrico (E); e
in cui il carico della seconda unit? di azionamento (22) ? un generatore elettrico (E).
17. Impianto di conversione di energia (1) secondo la rivendicazione 15, comprendente una terza unit? di azionamento (23) collegata ad un relativo carico (C, E).
18. Impianto di conversione di energia (1) secondo la rivendicazione precedente,
in cui il carico della prima unit? di azionamento (21) ? un generatore elettrico (E);
in cui il carico della seconda unit? di azionamento (22) ? un compressore centrifugo (C), oppure un compressore centrifugo (C) collegato ad una macchina o generatore elettrico (E), oppure una macchina o generatore elettrico (E) collegato ad un compressore centrifugo (C); e
in cui il carico della terza unit? di azionamento (23) ? un compressore centrifugo (C), oppure un compressore centrifugo (C) collegato a una macchina o generatore elettrico (E), oppure una macchina o generatore elettrico (E) collegato ad un compressore centrifugo (C).
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