Patent ES-2572657-T3 (ES)
Title: Sistema de almacenamiento de energía con aire supercrítico
Inventor: CHEN HAISHENG
IPC: F03G7/06
Filed: 2010-08-31
Granted: 2016-06-01
Abstract: Un sistema de almacenamiento de energía que usa aire supercrítico que comprende una unidad de compresión, un dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2), un dispositivo intercambiador y de almacenamiento de frío (4), una válvula estranguladora (7), un tanque criogénico (6), una válvula estranguladora (5), al menos una bomba criogénica (8), una unidad de expansor (9, 10), un generador (11), una unidad de accionamiento (12) y una pluralidad de tuberías (13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 30, 31), la unidad de compresor (1, 3) incluye, al menos, un compresor de baja presión (1) y, al menos, un compresor de alta presión (3), estando los compresores conectados en serie o integrados en un compresor multietapa, estando conectada una entrada de cada uno de los compresores de baja presión a un conducto de aspiración de aire; la unidad de expansor (9, 10) incluye, al menos, un expansor de baja presión (10) y, al menos, un expansor de alta presión (9), estando conectados los expansores en serie o integrados en un expansor multietapa, y estando conectada una salida del expansor de baja presión (10) a un conducto de salida de aire; un árbol de accionamiento de la unidad de accionamiento está acoplado a un árbol arrastrado de la unidad de compresor y un árbol arrastrado del generador está acoplado a un árbol de accionamiento de la unidad de expansor; caracterizado por que los compresores de baja presión (1) y los compresores de alta presión (3) están conectados al dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2) por vía de las tuberías (13, 14, 15) respectivamente; el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2), el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de frío (4) y el tanque criogénico (6) están conectados por vía de tuberías (16, 17, 18, 19, 30) en secuencia; se provee la válvula estranguladora (5) en la tubería (30) entre el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de frío (4) y el tanque criogénico (6); la válvula estranguladora (7) y la, al menos una, bomba criogénica (8) están situadas en la tubería (31) entre el tanque criogénico (6) y el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de frío (4) con la válvula estranguladora (7) estando dispuesta aguas arriba del tanque criogénico (6); el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2) está conectado al expansor de baja presión (10) y al expansor de alta presión (9) mediante tuberías (20, 21, 22) respectivamente; se provee una tubería de evacuación (24) para descargar escoria en la parte inferior del dispositivo intercambiador y de almacenamiento de frío (4), en el que: durante el período de almacenamiento de energía, se usa electricidad para accionar la unidad de compresor y presurizar aire hasta un aire supercrítico y el calor de compresión es recuperado y almacenado en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2); el aire supercrítico es entonces introducido en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de frío (4) en donde es enfriado hasta una temperatura baja extrayendo el almacenamiento de frío del dispositivo intercambiador y de almacenamiento de frío (4), y la corriente de aire enfriado se expande entonces por vía de la válvula estranguladora (5) en donde una gran mayoría de la corriente de aire se licua y almacena en el tanque criogénico (6); durante el período de liberación de energía, se bombea aire líquido hasta el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de frío (4) en donde es calentado isobáricamente y se convierte en aire supercrítico, y al mismo tiempo, la energía fría contenida por el aire de trabajo es extraída y almacenada en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de frío (4); el aire supercrítico es calentado más usando el calor de compresión almacenado en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2); y el aire calentado se expande a través de la unidad de expansor para accionar el generador eléctrico (11); en donde el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2) almacena el calor en forma(s) de uno o más de: calor sensible, calor latente y energía química; los medios de almacenamiento de calor se seleccionan de uno o más de: agua, parafina, biocombustible, sales hidratadas cristalinas inorgánicas, sal fundida, metales y sus aleaciones, ácidos grasos orgánicos, piedra, roca y hormigón, los cuales se almacenan en recipientes de almacenamiento bien aislados; en el que el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2) absorbe y almacena el calor de compresión durante el almacenamiento de energía y calienta el aire comprimido antes de que entre en cada etapa del expansor durante la liberación de energía; se suministra adicionalmente calor residual al dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2) por vía de la tubería (23) durante la liberación de energía; y en el que el aire supercrítico es enfriado hasta una temperatura entre 81 K y 150 K a través del dispositivo intercambiador y de almacenamiento de frío (4) en el cual se almacena frío en una o dos formas de calor sensible y calor de cambio de fase sólido-líquido; el medio de almacenamiento de frío sensible puede comprender uno o más materiales seleccionados de: bolas de hielo selladas, arena, grava, tiras de aluminio u otros metales; el medio de almacenamiento de frío de cambio de fase sólido-líquido puede incluir uno o más materiales seleccionados de: amoniaco, amoniaco acuoso, soluciones de sales en agua, alcanos, olefinas y sus compuestos, alcoholes y sus soluciones en agua, con sus temperaturas de transición de fase sólido-líquido que están en el rango de 81 K a 273 K, el medio de almacenamiento de frío está almacenado en recipientes de almacenamiento bien aislados; en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de frío (4), el de trabajo que incluye el aire supercrítico o aire licuado intercambia calor directa o indirectamente con el medio de almacenamiento de frío; el aire supercrítico es enfriado en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de frío (4) durante el almacenamiento de energía, mientras que la energía fría producida en el proceso de gasificación del aire líquido es almacenada en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de frío (4) durante la liberación de energía.