IT202100030965A1 - Sistema per immagazzinare e utilizzare energia termica - Google Patents

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IT202100030965A1
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IT
Italy
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tank
arrangement
loop arrangement
operating condition
heat exchanger
Prior art date
Application number
IT102021000030965A
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English (en)
Inventor
Bhaskara Kosamana
Rajesh Mavuri
Original Assignee
Nuovo Pignone Tecnologie Srl
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01K—STEAM ENGINE PLANTS; STEAM ACCUMULATORS; ENGINE PLANTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; ENGINES USING SPECIAL WORKING FLUIDS OR CYCLES
    • F01K3/00—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein
    • F01K3/12—Plants characterised by the use of steam or heat accumulators, or intermediate steam heaters, therein having two or more accumulators
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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Description

TITOLO
Sistema per immagazzinare ed utilizzare energia termica
DESCRIZIONE
CAMPO TECNICO
[0001] L'oggetto divulgato nel presente documento riguarda sistemi per immagazzinare energia termica e successivamente utilizzare l'energia termica immagazzinata per generare energia elettrica.
STATO DELL?ARTE
[0002] Al fine di ridurre gli impatti sul cambiamento climatico, una delle tendenze globali ? sostituire sorgenti non rinnovabili, come combustibili fossili, con sorgenti rinnovabili, come energia solare ed eolica. Tuttavia, le sorgenti rinnovabili hanno lo svantaggio di essere sorgenti intermittenti e pertanto non sempre disponibili per la produzione di energia elettrica.
[0003] L'immagazzinamento di energia ? considerato come una tecnologia abilitante con il potenziale di ridurre l'intermittenza e la variabilit? di sorgenti rinnovabili. Usando l'immagazzinamento di energia, l'energia viene immagazzinata quando ? disponibile potenza in eccesso (ovvero quando la richiesta di energia elettrica ? inferiore alla produzione di energia elettrica) ed usata quando ? necessaria energia (ovvero quando ? necessaria la produzione di energia elettrica ma la sorgente di energia non ? disponibile o non ? disponibile a sufficienza).
[0004] Dal documento brevettuale US10443452B2 ? noto un sistema di immagazzinamento di energia termica pompato comprendente un compressore, una turbina e due scambiatori di calore controcorrente, ciascuno essendo accoppiato fluidicamente ad un immagazzinamento termico realizzato da due serbatoi, un primo serbatoio immagazzinando fluido di immagazzinamento ad alta temperatura ed un secondo serbatoio immagazzinando fluido di immagazzinamento a bassa temperatura. Il sistema di immagazzinamento a pompaggio di energia termica pu? immagazzinare energia funzionando come pompa di calore ed estrarre energia funzionando come motore termico. Quando il sistema immagazzina energia, un primo scambiatore di calore riceve fluido di immagazzinamento a bassa temperatura da un primo serbatoio e lo riscalda, per cui fluido di immagazzinamento caldo che esce dal primo scambiatore di calore viene immagazzinato in un secondo serbatoio, e un secondo scambiatore di calore riceve fluido di immagazzinamento ad alta temperatura da un terzo serbatoio e lo raffredda, per cui il fluido di immagazzinamento freddo che esce dal secondo scambiatore di calore viene immagazzinato in un quarto serbatoio. Quando il sistema estrae energia, il primo scambiatore di calore riceve fluido di immagazzinamento ad alta temperatura dal primo serbatoio e lo raffredda, per cui il fluido di immagazzinamento freddo che esce dal primo scambiatore di calore viene immagazzinato nel secondo serbatoio, e il secondo scambiatore di calore riceve fluido di immagazzinamento freddo dal terzo serbatoio e lo riscalda, per cui il fluido di immagazzinamento caldo che esce dal secondo scambiatore di calore viene immagazzinato nel quarto serbatoio.
SOMMARIO
[0005] Sarebbe auspicabile avere un sistema di energia termica di immagazzinamento che sia semplice ed efficiente; sarebbe auspicabile anche un piccolo ingombro.
[0006] Secondo un aspetto, l'oggetto qui divulgato riguarda un sistema per immagazzinare ed utilizzare energia termica che ha due serbatoi di immagazzinamento, un primo serbatoio per immagazzinare fluido di immagazzinamento di calore a bassa temperatura ed un secondo serbatoio per immagazzinare fluido di immagazzinamento di calore ad alta temperatura. Il sistema pu? funzionare in alternativa in una prima condizione operativa, ovvero come pompa di calore, per riscaldare il fluido di immagazzinamento di calore a bassa temperatura consumando energia elettrica ed immagazzinarlo nel secondo serbatoio ed in una seconda condizione operativa, ovvero come motore termico, per produrre energia elettrica raffreddando il fluido di immagazzinamento di calore ad alta temperatura ed immagazzinarlo nel primo serbatoio.
[0007] Vantaggiosamente, il sistema comprende due scambiatori di calore, in particolare un condensatore ed un evaporatore, il condensatore ? configurato per trasferire calore da un fluido di lavoro al fluido di immagazzinamento di calore quando il sistema funziona come pompa di calore e ad una corrente di fluido esterna, per esempio aria ambiente, quando il sistema funziona come motore termico e l'evaporatore ? configurato per trasferire calore dal fluido di immagazzinamento di calore ad un fluido di lavoro quando il sistema funziona come motore termico e ad una corrente di fluido esterna, ad esempio aria ambiente, quando il sistema funziona come pompa di calore.
BREVE DESCRIZIONE DEI DISEGNI
[0008] Un apprezzamento pi? completo delle forme di realizzazione divulgate dell'invenzione e molti dei rispettivi vantaggi di essa verr? ottenuto prontamente man mano che la stessa verr? meglio compresa con riferimento alla seguente descrizione dettagliata considerata in relazione ai disegni allegati, in cui:
la Figura 1 mostra un diagramma semplificato di una prima forma di realizzazione di un sistema per immagazzinare ed utilizzare energia termica,
la Figura 2 mostra il sistema della Figura 1 in una prima condizione operativa (ciclo di carico),
la Figura 3 mostra il sistema della Figura 1 in una seconda condizione operativa (ciclo di scarico),
la Figura 4 mostra un diagramma semplificato di una seconda forma di realizzazione di un sistema per immagazzinare ed utilizzare energia termica,
la Figura 5 mostra un diagramma semplificato del sistema della Figura 4 con un'unit? termica aggiuntiva, e
la Figura 6 mostra un diagramma semplificato del sistema della Figura 4 con una seconda disposizione di ciclo a circuito chiuso.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DI FORME DI REALIZZAZIONE
[0009] Secondo un aspetto, l'oggetto qui divulgato riguarda un sistema per immagazzinare ed utilizzare energia termica che pu? funzionare alternativamente in due condizioni operative differenti: come pompa di calore (o condizione di carico), consumando energia elettrica per riscaldare ed immagazzinare fluido di immagazzinamento di calore ad alta temperatura in un secondo serbatoio, e come motore termico (condizione di scarico), generando energia elettrica utilizzando il fluido di immagazzinamento di calore dal secondo serbatoio, raffreddando ed immagazzinando fluido di immagazzinamento di calore a bassa temperatura in un primo serbatoio. Il primo serbatoio ed il secondo serbatoio sono accoppiati fluidicamente ad un primo o un secondo scambiatore di calore a seconda della condizione operativa del sistema: un primo scambiatore di calore, che opera come condensatore, ? atto a trasferire calore al fluido di immagazzinamento di calore che fluisce dal primo serbatoio al secondo serbatoio nella condizione di carico ed un secondo scambiatore di calore, che opera come evaporatore, ? atto a trasferire calore dal fluido di immagazzinamento di calore che fluisce dal secondo serbatoio al primo serbatoio nella condizione di scarico. Vantaggiosamente, il sistema opera nella condizione di carico quando ? disponibile potenza in eccesso e nella condizione di scarico quando ? necessaria energia.
[0010] Si far? ora riferimento in dettaglio a forme di realizzazione della divulgazione, un esempio della quale ? illustrato nei disegni. L'esempio ? fornito a titolo esplicativo della divulgazione, non limitativo della divulgazione. Infatti, risulter? evidente ai tecnici del ramo che possono essere apportate varie modifiche e varianti nella presente divulgazione senza discostarsi dalla portata o spirito della divulgazione. Nella seguente descrizione, numeri di riferimento simili vengono usati per l'illustrazione di figure delle forme di realizzazione per indicare elementi che svolgono le stesse o simili funzioni. Inoltre, per chiarezza di illustrazione, alcuni riferimenti possono non essere ripetuti in tutte le figure.
[0011] Nella Figura 1 ? mostrato schematicamente un diagramma di una prima forma di realizzazione di un sistema per immagazzinare ed utilizzare energia termica generalmente indicata con il numero di riferimento 100. Il sistema 100 comprende una prima disposizione a circuito chiuso (si veda la linea tratteggiata nella Figura 1) comprendente un primo serbatoio 145 ed un secondo serbatoio 155. Il primo serbatoio 145 ed il secondo serbatoio 155 sono atti a immagazzinare un fluido di immagazzinamento di calore: il primo serbatoio 145 ? atto a immagazzinare fluido di immagazzinamento di calore ad una prima temperatura, in particolare una temperatura bassa, e il secondo serbatoio 155 ? atto a immagazzinare fluido di immagazzinamento di calore ad una seconda temperatura, in particolare una temperatura alta. In altre parole, la seconda temperatura ? superiore alla prima temperatura. Per esempio, la prima temperatura potrebbe essere attorno a 120 ?C (pi? in generale nell'intervallo esemplificativo 80-200 ?C) e la seconda temperatura potrebbe essere attorno a 400 ?C (pi? in generale nell'intervallo esemplificativo 200-600 ?C). Preferibilmente, il fluido di immagazzinamento di calore del primo serbatoio 145 ed il fluido di immagazzinamento di calore del secondo serbatoio 155 sono lo stesso fluido, per esempio olio diatermico, olio pesante come Theminol VP-1 o Dowtherm A, sale fuso, come nitrato di sodio (NaNO3) o nitrato di potassio (KNO3), o una miscela di sali fusi.
[0012] Come risulter? evidente da quanto segue, la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? configurata per far fluire fluido di immagazzinamento di calore dal primo serbatoio 145 al secondo serbatoio 155 in una prima condizione operativa (si veda per esempio la Figura 2) e per far fluire fluido di immagazzinamento di calore dal secondo serbatoio 155 al primo serbatoio 145 in una seconda condizione operativa (si veda per esempio la Figura 3). In particolare, quando il ciclo a circuito chiuso opera nella prima condizione operativa, il sistema 100 consuma energia elettrica per immagazzinare fluido di immagazzinamento di calore caldo nel secondo serbatoio 155 e quando il ciclo a circuito chiuso opera nella seconda condizione operativa, il sistema 100 genera energia elettrica usando il fluido di immagazzinamento di calore caldo del secondo serbatoio 155.
[0013] La prima disposizione di ciclo a circuito chiuso pu? comprendere inoltre una prima valvola 172 ed una seconda valvola 174 configurata per commutare alternativamente tra una configurazione aperta ed una configurazione chiusa. In particolare, quando la prima valvola 172 ? nella configurazione aperta, il fluido di immagazzinamento di calore della prima disposizione di ciclo a circuito chiuso pu? fluire dal primo serbatoio 145 al secondo serbatoio 155, e, quando la seconda valvola 174 ? nella configurazione aperta, il fluido di immagazzinamento di calore della prima disposizione di ciclo a circuito chiuso pu? fluire dal secondo serbatoio 155 al primo serbatoio 145. Preferibilmente, quando la prima valvola 172 ? nella configurazione aperta, la seconda valvola 174 ? nella configurazione chiusa e, quando la seconda valvola 174 ? nella configurazione aperta, la prima valvola 172 ? nella configurazione chiusa. In altre parole, quando la prima valvola 172 ? nella configurazione aperta e la seconda valvola 174 ? nella configurazione chiusa, allora la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella prima condizione operativa, e, quando la prima valvola 172 ? nella configurazione chiusa e la seconda valvola 174 ? nella configurazione aperta, a quel punto la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella seconda condizione operativa.
[0014] Secondo la forma di realizzazione della Figura 1, il sistema 100 comprende inoltre qualsiasi o entrambe tra:
- una seconda disposizione di ciclo termodinamico configurata per riscaldare il fluido di immagazzinamento di calore che fluisce dal primo serbatoio 145 al secondo serbatoio 155 consumando prima energia elettrica, l'energia elettrica venendo immessa al sistema 100, e
- una terza disposizione di ciclo termodinamico configurata per produrre seconda energia elettrica raffreddamento il fluido di immagazzinamento di calore che fluisce dal secondo serbatoio 155 al primo serbatoio 145, la seconda energia elettrica venendo emessa dal sistema 100.
In altre parole, la seconda disposizione di ciclo termodinamico ? configurata per operare quando la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella prima condizione operativa (si veda per esempio la Figura 2) e la terza disposizione di ciclo termodinamico ? configurata per operare quando la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella seconda condizione operativa (si veda per esempio la Figura 3).
[0015] La seconda disposizione di ciclo termodinamico pu? essere atta a far circolare un primo fluido di lavoro; in particolare, il primo fluido di lavoro ? pentafluoroetano o pentafluoropropano o biossido di carbonio o ciclopentano.
[0016] La terza disposizione di ciclo termodinamico pu? essere atta a far circolare un secondo fluido di lavoro; in particolare, il primo fluido di lavoro ? pentafluoroetano o pentafluoropropano o biossido di carbonio o ciclopentano.
[0017] Preferibilmente, secondo la forma di realizzazione preferita mostrata nella Figura 1, la seconda disposizione di ciclo termodinamico e la terza disposizione di ciclo termodinamico sono atte a far circolare lo stesso fluido di lavoro.
[0018] Vantaggiosamente, con riferimento non limitativo alla Figura 1, la seconda disposizione di ciclo termodinamico e la terza disposizione di ciclo termodinamico sono accoppiate fluidicamente. In particolare, la seconda disposizione di ciclo termodinamico e la terza disposizione di ciclo termodinamico condividono una disposizione di valvole che comprende valvole a tre vie 162, 164, 166, 168 (si vedano per esempio le quattro valvole a tre vie nella Figura 1).
[0019] Le valvole a tre vie 162, 164, 166, 168 sono atte a commutare la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso tra la prima condizione operativa e la seconda condizione operativa; in particolare, le valvole a tre vie 162, 164, 166, 168 sono atte a deviare il primo o secondo fluido di lavoro in modo che fluisca in almeno una porzione della seconda disposizione di ciclo termodinamico o almeno una porzione della terza disposizione di ciclo termodinamico. Per esempio, nella prima condizione operativa mostrata nella Figura 2, le valvole a tre vie 162, 164, 166, 168 sono disposte in modo tale che il fluido di lavoro venga deviato in modo che fluisca nella seconda disposizione di ciclo termodinamico e, nella seconda condizione operativa mostrata nella Figura 3, le valvole a tre vie 162, 164, 166, 168 sono disposte in modo tale che il fluido di lavoro venga deviato in modo che fluisca nella terza disposizione di ciclo termodinamico.
[0020] Vantaggiosamente, il sistema 100 comprende inoltre un primo scambiatore di calore 131, in particolare un condensatore, configurato per essere accoppiato fluidicamente al primo serbatoio 145 ed al secondo serbatoio 155 quando la prima disposizione a circuito chiuso ? nella prima condizione operativa e/o un secondo scambiatore di calore 132, in particolare un evaporatore, configurato per essere accoppiato fluidicamente al primo serbatoio 145 ed al secondo serbatoio 155 quando la prima disposizione a circuito chiuso ? nella seconda condizione operativa. Preferibilmente, una valvola 172 ? collocata tra il primo serbatoio 145 ed il primo scambiatore di calore 131 ed una valvola 174 ? collocata tra il secondo serbatoio 155 ed il secondo scambiatore di calore 132, le valvole 172, 174 essendo atte a commutare tra una configurazione aperta ed una configurazione chiusa. Preferibilmente, quando la prima disposizione a circuito chiuso ? nella prima condizione operativa, la valvola 172 ? nella configurazione aperta e la valvola 174 ? nella configurazione chiusa (si veda per esempio la Figura 2) e, quando la prima disposizione a circuito chiuso ? nella seconda condizione operativa, la valvola 172 ? nella configurazione chiusa e la valvola 174 ? nella configurazione aperta (si veda per esempio la Figura 3).
[0021] Vantaggiosamente, con riferimento non limitativo alla Figura 2, quando la prima disposizione a circuito chiuso ? nella prima condizione operativa, il fluido di immagazzinamento di calore pu? fluire dal primo serbatoio 145 al primo scambiatore di calore 131, il primo scambiatore di calore 131 essendo configurato per trasferire calore dalla seconda disposizione di ciclo termodinamico alla prima disposizione a circuito chiuso, in particolare dal primo fluido di lavoro che circola nella seconda disposizione di ciclo termodinamico al fluido di immagazzinamento di calore della prima disposizione a circuito chiuso; quindi il fluido di immagazzinamento di calore caldo pu? fluire dal primo scambiatore di calore 131 al secondo serbatoio 155 ed essere immagazzinato nel secondo serbatoio 155.
[0022] Vantaggiosamente, con riferimento non limitativo alla Figura 3, quando la prima disposizione a circuito chiuso ? nella seconda condizione operativa, il fluido di immagazzinamento di calore pu? fluire dal secondo serbatoio 155 al secondo scambiatore di calore 132, il secondo scambiatore di calore 132 essendo configurato per trasferire calore dalla prima disposizione a circuito chiuso alla terza disposizione di ciclo termodinamico, in particolare dal fluido di immagazzinamento di calore della prima disposizione a circuito chiuso al secondo fluido di lavoro che circola nella terza disposizione di ciclo termodinamico; quindi, il fluido di immagazzinamento di calore freddo pu? fluire dal secondo scambiatore di calore 132 al primo serbatoio 145 ed essere immagazzinato nel primo serbatoio 145.
[0023] Si noti che, secondo la forma di realizzazione preferita mostrata nella Figura 1, la seconda disposizione di ciclo termodinamico e la terza disposizione di ciclo termodinamico possono condividere il primo scambiatore di calore 131 ed il secondo scambiatore di calore 132. Vantaggiosamente, con riferimento non limitativo alla Figura 2, quando la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella prima condizione operativa, il secondo scambiatore di calore 132 ? configurato per ricevere una prima corrente di fluido, per trasferire calore alla seconda disposizione di ciclo termodinamico e per scaricare la prima corrente di fluido. Preferibilmente, la prima corrente di fluido ? aria ambiente (o acqua). Vantaggiosamente, con riferimento non limitativo alla Figura 3, quando la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella seconda condizione operativa, il primo scambiatore di calore 131 ? configurato per ricevere una seconda corrente di fluido, per trasferire calore dalla terza disposizione di ciclo termodinamico e per scaricare la seconda corrente di fluido. Preferibilmente, la seconda corrente di fluido ? aria ambiente (o acqua).
[0024] Vantaggiosamente, secondo la forma di realizzazione preferita mostrata nella Figura 1, la seconda disposizione di ciclo termodinamico comprende inoltre un compressore 110 configurato per generare un aumento di pressione a monte del riscaldamento del fluido di immagazzinamento di calore, in particolare a monte del primo scambiatore di calore 131, e una valvola a farfalla 112 configurata per generare un calo di pressione a valle del riscaldamento del fluido di immagazzinamento di calore, in particolare a valle del primo scambiatore di calore 131. Preferibilmente, il compressore 110 ? configurato per essere accoppiabile meccanicamente ad un motore elettrico 111 atto a consumare la prima energia elettrica e trasformare energia elettrica in energia meccanica, in particolare per azionare il compressore 110 durante la prima condizione operativa della prima disposizione di ciclo a circuito chiuso.
[0025] Vantaggiosamente, secondo la forma di realizzazione preferita mostrata nella Figura 1, la terza disposizione di ciclo termodinamico comprende inoltre una pompa 120 configurata per generare un aumento di pressione a valle del raffreddamento del fluido di immagazzinamento di calore, in particolare a valle del secondo scambiatore di calore 132, e un espansore 122 configurato per generare un calo di pressione a monte del raffreddamento del fluido di immagazzinamento di calore, in particolare a monte del secondo scambiatore di calore 132. Preferibilmente, l'espansore 122 ? configurato per essere meccanicamente accoppiabile ad un generatore elettrico 121 atto a trasformare energia meccanica in energia elettrica e per produrre la seconda energia elettrica durante la seconda condizione operativa della prima disposizione di ciclo a circuito chiuso.
[0026] Preferibilmente, la pompa 120 pu? essere accoppiata ad un motore a velocit? variabile, non mostrato nella figura, che ? l?azionatore della pompa 120; vantaggiosamente, variando la velocit? di rotazione della pompa 120, il flusso e/o pressione del primo fluido di lavoro possono essere regolati e pertanto la seconda energia elettrica, che viene emessa dal sistema 100, pu? essere regolata, per esempio per seguire i requisiti di energia. Vantaggiosamente, l'espansore 122 ? equipaggiato di ugelli con palette direttrici (= NGV), non mostrati nella figura, configurati per modificare l'angolo di paletta dei primi stadi dell'espansore 122 quando la pompa 120 ruota ad una velocit? differente rispetto alla velocit? nominale; vantaggiosamente, ottimizzando l'angolo di paletta dei primi stadi dell'espansore 122, l'efficienza dell'espansore 122 viene mantenuta elevata.
[0027] Una seconda forma di realizzazione 200 di un sistema per immagazzinare ed utilizzare energia termica verr? descritta in quanto segue con l'ausilio della Figura 4. Si noti che gli elementi 210, 211, 212, 220, 221, 222, 231, 232, 245, 255, 272 e 274 nella Figura 4 possono essere identici o simili, rispettivamente, agli elementi 110 (compressore), 111 (motore elettrico), 112 (valvola a farfalla), 120 (pompa), 121 (generatore elettrico), 122 (espansore), 131 (primo scambiatore di calore), 132 (secondo scambiatore di calore), 145 (primo serbatoio), 155 (secondo serbatoio), 172 (valvola) e 174 (valvola) nella Figura 1 ed eseguire le stesse e simili funzioni.
[0028] Si noti che il sistema 200 della Figura 4 ? simile al sistema 100 della Figura 1. Tuttavia, il sistema 200 della Figura 4 differisce dal sistema 100 della Figura 1 in quanto la seconda disposizione di ciclo termodinamico e la terza disposizione di ciclo termodinamico non sono accoppiate fluidicamente e non condividono alcuno scambiatore di calore 231, 232. A causa di ci?, il primo fluido di lavoro che circola nella seconda disposizione di ciclo termodinamico ed il secondo fluido di lavoro che circola nella terza disposizione di ciclo termodinamico sono distinti e vantaggiosamente diversi.
[0029] Preferibilmente, il sistema 200 comprende inoltre un terzo scambiatore di calore 242, in particolare un evaporatore, accoppiato fluidicamente alla seconda disposizione di ciclo termodinamico, e un quarto scambiatore di calore 241, in particolare un condensatore, accoppiato fluidicamente alla terza disposizione di ciclo termodinamico. Vantaggiosamente, il terzo scambiatore di calore 242 ? accoppiato fluidicamente ad una terza corrente di fluido ed ? configurato per trasferire calore dalla terza corrente di fluido alla seconda disposizione di ciclo a circuito chiuso quando la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella prima condizione operativa. Preferibilmente, la terza corrente di fluido ? aria ambiente. Vantaggiosamente, il quarto scambiatore di calore 241 ? accoppiato fluidicamente ad una quarta corrente di fluido ed ? configurato per trasferire calore dalla terza disposizione di ciclo a circuito chiuso alla quarta corrente di fluido quando la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella seconda condizione operativa. Preferibilmente, la quarta corrente di fluido ? aria ambiente.
[0030] Il sistema 200 pu? comprendere inoltre un'unit? di calore 290 configurata per essere accoppiata fluidicamente al terzo scambiatore di calore 242 (si veda per esempio la variante del sistema 200 mostrata nella Figura 5). Vantaggiosamente, l'unit? di calore 290 ? configurata per trasferire calore alla terza corrente di fluido quando la prima disposizione a circuito chiuso ? nella prima condizione operativa. L'unit? di calore 290 ?, per esempio, un'unit? solare o un'unit? geotermica o un'unit? di recupero di calore di scarto. In particolare, la terza corrente di fluido, preferibilmente aria ambiente (o acqua), passa attraverso l'unit? di calore 290 e viene riscaldata dall'unit? di calore 290, viene inviata al terzo scambiatore di calore 242 e trasferisce calore alla seconda disposizione di ciclo a circuito chiuso, in particolare al primo fluido di lavoro che circola nella seconda disposizione di ciclo a circuito chiuso, e infine la terza corrente di fluido viene scaricata nuovamente nell'ambiente che circonda il terzo scambiatore di calore 242 (si vedano le frecce nere spesse nella Figura 5).
[0031] Il sistema 200 pu? comprendere inoltre una seconda disposizione di ciclo a circuito chiuso comprendente un terzo serbatoio 265 ed un quarto serbatoio 275 (si veda per esempio la variante del sistema 200 mostrata nella Figura 6). In particolare, il terzo serbatoio 265 ? atto a immagazzinare secondo fluido di immagazzinamento di calore ad una terza temperatura ed il quarto serbatoio ? atto a immagazzinare secondo fluido di immagazzinamento di calore ad una quarta temperatura; vantaggiosamente, la quarta temperatura ? superiore alla terza temperatura ed inferiore alla seconda temperatura; in altre parole, la quarta temperatura ? qualsiasi temperatura tra la seconda temperatura e la terza temperatura. Per esempio, la quarta temperatura potrebbe essere circa da 200 ?C e 550 ?C e la terza temperatura potrebbe essere circa da 80 ?C e 180 ?C. Si noti che la seconda disposizione di ciclo a circuito chiuso della Figura 6 ? configurata per recuperare parte di calore residuo del secondo fluido di lavoro scaricato dall'espansore 222 ed utilizzarlo nello scambiatore di calore 242, in particolare come fluido alternativo ad aria ambiente o acqua.
[0032] Vantaggiosamente, con riferimento non limitativo alla Figura 6, la seconda disposizione di ciclo a circuito chiuso ? configurata per far fluire secondo fluido di immagazzinamento di calore dal quarto serbatoio 275 al terzo serbatoio 265 in una prima condizione operativa e per far fluire secondo fluido di immagazzinamento di calore dal terzo serbatoio 265 al quarto serbatoio 275 in una seconda condizione operativa. Preferibilmente, la seconda disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella prima condizione operativa quando la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella prima condizione operativa e la seconda disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella seconda condizione operativa quando la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella seconda condizione operativa. Preferibilmente, fluido di immagazzinamento di calore del terzo serbatoio 265 e fluido di immagazzinamento di calore del quarto serbatoio 275 sono lo stesso fluido. Si noti che il primo fluido di immagazzinamento di calore ed il secondo fluido di immagazzinamento di calore possono essere lo stesso fluido o differenti fluidi.
[0033] Vantaggiosamente, con riferimento non limitativo alla Figura 6, la seconda disposizione di ciclo a circuito chiuso comprende inoltre una terza valvola 282 ed una quarta valvola 284. In particolare, la circolazione del secondo fluido di immagazzinamento di calore tra il terzo serbatoio 265 ed il quarto serbatoio 275 viene regolata dalla terza valvola 282 e dalla quarta valvola 284, che sono configurate per commutare alternativamente tra una configurazione aperta ed una configurazione chiusa. Vantaggiosamente, quando la seconda disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella prima condizione operativa, il terzo serbatoio 265 ed il quarto serbatoio 275 sono accoppiati fluidicamente al terzo scambiatore di calore 242; in particolare, quando la seconda disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella prima condizione operativa, la terza valvola 282 ? nella configurazione chiusa e la quarta valvola 284 ? nella configurazione aperta. Preferibilmente, quando la quarta valvola 284 ? nella configurazione aperta, la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella prima condizione operativa.
[0034] Il sistema 200 pu? comprendere inoltre un quinto scambiatore di calore 295 configurato per trasferire calore dalla terza disposizione di ciclo termodinamico alla seconda disposizione di ciclo a circuito chiuso. Vantaggiosamente, quando la seconda disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella seconda condizione operativa, il terzo serbatoio 265 ed il quarto serbatoio 275 sono accoppiati fluidicamente al quinto scambiatore di calore 295; in particolare, quando la seconda disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella seconda condizione operativa, la terza valvola 282 ? nella configurazione aperta e la quarta valvola 284 ? nella configurazione chiusa. Preferibilmente, quando la terza valvola 282 ? nella configurazione aperta, la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella seconda condizione operativa.
[0035] In altre parole, il quinto scambiatore di calore 295 contribuisce a sfruttare parte della capacit? termica residua del secondo fluido di lavoro a valle dell'espansore 222, che ? trasferito alla seconda disposizione di ciclo a circuito chiuso, in particolare al secondo fluido di immagazzinamento di calore, anzich? essere trasferito dal quarto scambiatore di calore 241 alla quarta corrente di fluido, in particolare all'aria ambiente o all'acqua.

Claims (15)

RIVENDICAZIONI
1. Sistema (100, 200) per immagazzinare ed utilizzare energia termica, il sistema comprendendo:
- una prima disposizione di ciclo a circuito chiuso comprendente un primo serbatoio (145, 245) ed un secondo serbatoio (155, 255), in cui il primo serbatoio (145, 245) ? atto a immagazzinare fluido di immagazzinamento di calore ad una prima temperatura, in cui il secondo serbatoio (155, 245) ? atto a immagazzinare fluido di immagazzinamento di calore ad una seconda temperatura, la seconda temperatura essendo superiore alla prima temperatura, in cui la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? configurata (172, 174, 272, 274) per far fluire fluido di immagazzinamento di calore dal primo serbatoio (145, 245) al secondo serbatoio (155, 255) in una prima condizione operativa e per far fluire fluido di immagazzinamento di calore dal secondo serbatoio (155, 255) al primo serbatoio (145, 245) in una seconda condizione operativa;
- una seconda disposizione di ciclo termodinamico configurata per riscaldare fluido di immagazzinamento di calore che fluisce dal primo serbatoio (145, 245) al secondo serbatoio (155, 255) consumando prima energia elettrica, l'energia elettrica venendo immessa nel sistema (100, 200);
- una terza disposizione di ciclo termodinamico configurata per produrre seconda energia elettrica raffreddando fluido di immagazzinamento di calore che fluisce dal secondo serbatoio (155, 255) al primo serbatoio (145, 245), la seconda energia elettrica venendo emessa dal sistema (100, 200).
2. Sistema (100) della rivendicazione 1, in cui la seconda disposizione di ciclo termodinamico e la terza disposizione di ciclo termodinamico sono accoppiate fluidicamente.
3. Sistema (100, 200) della rivendicazione 1, comprendente inoltre:
- un primo scambiatore di calore (131, 231) configurato (172, 272) per essere accoppiato fluidicamente al primo serbatoio (145, 245) ed al secondo serbatoio (155, 255) quando la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella prima condizione operativa,
- un secondo scambiatore di calore (132, 232) configurato (174, 274) per essere accoppiato fluidicamente al primo serbatoio (145, 245) ed al secondo serbatoio (155, 255) quando la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella seconda condizione operativa.
4. Sistema (100) della rivendicazione 2, in cui la seconda disposizione di ciclo termodinamico e la terza disposizione di ciclo termodinamico condividono il primo scambiatore di calore (131) ed il secondo scambiatore di calore (132).
5. Sistema (100, 200) della rivendicazione 2,
in cui il primo scambiatore di calore (131, 231) ? configurato per trasferire calore dalla seconda disposizione di ciclo termodinamico alla prima disposizione di ciclo a circuito chiuso quando la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella prima condizione operativa, e
in cui il secondo scambiatore di calore (132, 232) ? configurato per trasferire calore dalla prima disposizione di ciclo a circuito chiuso alla terza disposizione di ciclo termodinamico quando la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella seconda condizione operativa.
6. Sistema (100) della rivendicazione 2,
in cui il primo scambiatore di calore (131) ? configurato per far fluire una prima corrente di fluido e per trasferire calore dalla terza disposizione di ciclo termodinamico alla prima corrente di fluido quando la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella seconda condizione operativa, e
in cui il secondo scambiatore di calore (132) ? configurato per far fluire una seconda corrente di fluido e per trasferire calore dalla seconda corrente di fluido alla seconda disposizione di ciclo termodinamico quando la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella prima condizione operativa.
7. Sistema (200) della rivendicazione 1, comprendente inoltre:
- un terzo scambiatore di calore (242) accoppiato fluidicamente alla seconda disposizione di ciclo termodinamico, e
- un quarto scambiatore di calore (241) accoppiato fluidicamente alla terza disposizione di ciclo termodinamico;
in cui il terzo scambiatore di calore (242) ? accoppiato fluidicamente ad una terza corrente di fluido ed ? configurato per trasferire calore dalla terza corrente del fluido alla seconda disposizione di ciclo a circuito chiuso quando la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella prima condizione operativa, e
in cui il quarto scambiatore di calore (241) ? accoppiato fluidicamente ad una quarta corrente di fluido ed ? configurato per trasferire calore dalla terza disposizione di ciclo a circuito chiuso alla quarta corrente di fluido quando la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella seconda condizione operativa.
8. Sistema (100, 200) della rivendicazione 1, in cui la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso comprende inoltre una prima valvola (172, 272) ed una seconda valvola (174, 274), in cui la prima valvola (172, 272) e la seconda valvola (174, 274) sono configurate per commutare alternativamente tra una configurazione aperta ed una configurazione chiusa;
in cui la prima valvola (172, 272) ? nella configurazione aperta e la seconda valvola (174, 274) ? nella configurazione chiusa quando la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella prima condizione operativa, e
in cui la prima valvola (172, 272) ? nella configurazione chiusa e la seconda valvola (174, 274) ? nella configurazione aperta quando la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella seconda condizione operativa.
9. Sistema (100) della rivendicazione 1, in cui la seconda disposizione di ciclo termodinamico e la terza disposizione di ciclo termodinamico sono atte a far circolare uno stesso fluido di lavoro.
10. Sistema (100, 200) della rivendicazione 1, in cui la seconda disposizione di ciclo termodinamico comprende inoltre:
- un compressore (110, 210) configurato per generare un aumento di pressione a monte del riscaldamento del fluido di immagazzinamento di calore;
- una valvola a farfalla (112, 212) configurata per generare un calo di pressione a valle del riscaldamento del fluido di immagazzinamento di calore;
in cui il compressore (110, 210) ? configurato per essere accoppiabile meccanicamente ad un motore elettrico (111, 211) atto a consumare la prima energia elettrica e trasformare energia elettrica in energia meccanica.
11. Sistema (100, 200) della rivendicazione 1, in cui la terza disposizione di ciclo termodinamico comprende inoltre:
- una pompa (120, 200) configurata per generare un aumento di pressione a valle del raffreddamento del fluido di immagazzinamento di calore; - un espansore (122, 222) configurato per generare un calo di pressione a monte del raffreddamento del fluido di immagazzinamento di calore; in cui l'espansore (122, 222) ? configurato per essere meccanicamente accoppiabile ad un generatore elettrico (121, 221) atto a trasformare energia meccanica in energia elettrica e per produrre la seconda energia elettrica.
12. Sistema (100) della rivendicazione 1, in cui la seconda disposizione di ciclo termodinamico e la terza disposizione di ciclo termodinamico condividono una disposizione di valvole, in cui la disposizione di valvole comprende valvole a tre vie (162, 164, 166, 168) atte a commutare la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso tra la prima condizione operativa e la seconda condizione operativa.
13. Sistema (200) della rivendicazione 7, in cui comprendente inoltre un'unit? di calore (290) configurata per essere accoppiata fluidicamente al terzo scambiatore di calore (242), in cui l'unit? di calore (290) ? configurata per trasferire calore alla terza corrente di fluido quando la prima disposizione a circuito chiuso ? nella prima condizione operativa.
14. Sistema (200) della rivendicazione 7, comprendente inoltre una seconda disposizione di ciclo a circuito chiuso comprendente un terzo serbatoio (265) ed un quarto serbatoio (275), in cui il terzo serbatoio (265) ? atto a immagazzinare un altro fluido di immagazzinamento di calore ad una terza temperatura, in cui il quarto serbatoio (275) ? atto a immagazzinare un altro fluido di immagazzinamento di calore ad una quarta temperatura, la quarta temperatura essendo superiore alla terza temperatura, la quarta temperatura essendo inferiore alla seconda temperatura,
in cui la prima disposizione di ciclo a circuito chiuso ? configurata per far fluire un altro fluido di immagazzinamento di calore dal quarto serbatoio (275) al terzo serbatoio (265) in una prima condizione operativa e per far fluire un altro fluido di immagazzinamento di calore dal terzo serbatoio (265) al quarto serbatoio (275) in una seconda condizione operativa; in cui il terzo serbatoio (265) ed il quarto serbatoio (275) sono accoppiati fluidicamente al terzo scambiatore di calore (242) quando la seconda disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella prima condizione operativa.
15. Sistema (200) della rivendicazione 14, comprendente inoltre un quinto scambiatore di calore (295),
in cui il quinto scambiatore di calore (295) ? configurato per trasferire calore dalla terza disposizione di ciclo termodinamico alla seconda disposizione di ciclo a circuito chiuso, e
in cui il terzo serbatoio (265) ed il quarto serbatoio (275) sono accoppiati fluidicamente al quinto scambiatore di calore (295) quando la seconda disposizione di ciclo a circuito chiuso ? nella seconda condizione operativa.
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