ITRM20110658A1

ITRM20110658A1 - Sistema per l'accumulazione di energia elettrica tramite il serbatoi di accumulazione caldi e freddi e generazione efficiente di energia da sorgenti a bassa entalpia

Info

Publication number: ITRM20110658A1
Application number: IT000658A
Authority: IT
Inventors: Silvano Mattioli
Original assignee: Silvano Mattioli
Priority date: 2011-12-11
Filing date: 2011-12-11
Publication date: 2012-03-11

Description

DESCRIZIONE dell'invenzione avente per TITOLO:

"Sistema per l'accumulazione di energia elettrica tramite il serbatoi di accumulazione caldi e freddi e generazione efficiente di energia da sorgenti a bassa entalpia",

Sistema per l'accumulazione di energia elettrica tramite il serbatoi di accumulazione caldi e freddi e generazione efficiente di energia da sorgenti a bassa entalpia.

Uno dei problemi maggiori delle reti elettriche è la realizzazioni di sistemi che consentano, in modo intelligente, di accumulare energia in alcuni periodi e successivamente generare l'energia elettrica accumulata nei momenti di necessità.

La rete elettrica usa questi dispositivi per sopperire ai moltissimi sbalzi di produzione, anche non preventivabili, con continui aggiustamenti dello sfrido tra domanda e offerta di energia elettrica.

La ricerca di un sistema di immagazzinamento di energia è quindi utilissima nel settore elettrico.

Ad oggi i principali sistemi di stoccaggio dell'energia possono essere riassunti in:

Pompaggi nei bacini

Chimici (Batterie ecc.)

Sistemi magnetici di accumulo

Volani rotanti

Serbatoi termici di fluido o solido riscaldato

Compressione di aria nel sottosuolo

Quello che si propone questa invenzione è di modificare il paradigma del serbatoio termico caldo o freddo (in rari casi nella letteratura scientifica) utilizzando una coppia di serbatoi: uno caldo ed uno freddo.

In particolari casi o esigenze si riconducono al caso del singolo serbatoio termico utilizzando per l'altro polo la temperatura ambiente o un generatore a bassa entalpia rispetto alla temperatura ambientale.

Il serbatoio termico freddo che può essere usato anche per sfruttare fenomeni di superconduttività (in funzione del range adottato) sia lato generazione che consumo di energia per migliorare i rendimenti delle macchine elettriche coinvolte con sistemi di tipo SMES (qualora il range di funzionamento del lato freddo sia in grado di innescare fenomeni superconduttivi).

L'energia in esubero della rete viene pompata tramite un motore stirling a ciclo inverso (o similare) all'interno delle cisterne/bacini trasformandoli in freddo da una parte ed in caldo da un'altra.

Parallelamente all'accumulo è possibile in seguito estrarre energia sempre tramite un sistema (ad esempio sempre un 006Dotore stirling utilizzato d'ora in avanti a titolo di esemplificazione, ma potrebbe essere usato un qualsiasi motore in grado di generare lavoro a partire da fonti di calore esterne), in cui un lato (caldo o freddo) è collegato alla cisterna/bacino precedentemente raffreddato o riscaldato, mentre l'altro è collegato in alternativa a:

All'altro serbatoio

alla temperatura ambiente (aria, acqua, ecc.)

ad un generatore anche a bassa entalpia

Come indicato il polo caldo può essere collegato ad un sistema di generazione di calore anche a bassa entalpia che, aumentando il salto termico, migliora il rendimento complessivo (in generale caso di sopravanzo di energia stoccata).

Infatti il rendimento teorico ideale del ciclo di Carnaught è pari notoriamente a:

1 Freddo (K)

Caldo (K)

Questa opzione, incrementando la differenza di temperatura tra le sorgenti, migliora il rendimento teorico del ciclo di Carnaught come precedentemente affermato ed anche il rendimento della macchina reale.

Lo schema di figura 1 illustra il sistema complessivo.

Essendo il ciclo di stirling reversibile il sistema potrebbe essere realizzato con un solo motore funzionante sia refrigeratore che come generatore di energia a partire dalle fonti termiche.

Nulla vieta di utilizzare il calore nei serbatoi per altri scopi o l'uso contemporaneo di altre fonti non elettriche (teleriscaldamento, ecc.) per lo stoccaggio di energia termica nel singolo serbatoio di accumulo.

Operando a pressioni e volumi costanti, ipotizziamo solo le fasi liquide e solide (ma non precludendo la fase gassosa) l'energia interna del sistema è legata a parametri come, la "temperatura di fusione", la "temperatura del serbatoio caldo", ed i "calori specifici/latenti" dei materiali ed i vari cambiamenti di stato (solido liquidi gassosi) di accumulo determinano la quantità di energia accumulata nel sistema (ipotizzando un unico cambiamento di stato completo) secondo a reazione:

In questa configurazione il materiale da utilizzarsi nel serbatoio è di libera scelta in funzione delle temperature operative dei materiali di interesse e del progetto dell'isolamento. Scegliendo alti salti termici crescono i problemi di isolamento rispetto a salti più ridotti nei quali cala il rendimento del ciclo di Carnaught, ma anche le perdite di isolamento.

Claims

Rivendicazioni 1. Un metodo per lo stoccaggio termico di energia elettrica CARATTERIZZATO dalla contemporanea presenza di serbatoi caldi e freddi e successiva o contemporanea ri-generazione di energia elettrica su domanda.
2. Un metodo per l'utilizzo dell'energia termica precedentemente stoccata come al punto 1 CARATTERIZZATO dall'incremento del salto termico e quindi del rendimento per sorgenti a bassa entalpia.
3. Un metodo per estrarre energia utilizzando uno solo dei serbatoi precedentemente indicati al punto 1 in accumulo CARATTERIZZATO dall'uso alternato di un singolo serbatoio in congiunzione con una seconda sorgente esterna al sistema (tipicamente a temperatura ambiente (aria, acqua, ecc.))
4. Un metodo per l'utilizzo del serbatoio freddo descritto al punto 1 CARATTERIZZATO dal raffreddamento dei motori del sistema di stoccaggio e generazione al fine di garantire fenomeni di superconduttività dei motori stessi
5. Un metodo per utilizzare il serbatoio freddo descritto al punto 1 CARATTERIZZATO da eventuali stoccaggi di energia tramite dispositivi SMES (Superconducting Magnetic Energy Storage).
6. La possibilità di utilizzare i serbatoi di accumulo descritti al punto 1 CARATTERIZZATO da un accumulo/uso dell'energia termica proveniente da altri sistemi.
7. La possibilità di utilizzare per i serbatoi descritti al punto 1 CARATTERIZZATO da uno o più cambiamenti di fase delle sostanze che contenute, in modo da accumulare maggiore energia interna a parità di volume e pressione (non nel caso di gassificazione ovviamente).
8. La possibilità di utilizzare i serbatoi descritti al punto 1 CARATTERIZZATO dall'uso contemporaneo di uno o più motori in parallelo per lo sfruttamento e per l'accumulo dell'energia termica accumulata anche singolarmente.