ES2551853T3 - Sistema y procedimiento de uso de un sistema de almacenamiento de aire comprimido con una turbina de gas - Google Patents

Abstract

Un sistema de generación de energía (200), que comprende: un primer compresor (202) configurado para comprimir aire a una primera presión a través de una primera energía de rotación; un segundo compresor (206) configurado para comprimir aire a una segunda presión a través de una segunda energía de rotación, en el que la segunda presión es mayor que la primera presión; una cámara de combustión (232) configurada para recibir el aire comprimido desde el segundo compresor (206) y quemar un fluido inflamable en la misma para producir una corriente de escape; una primera turbina (238) configurada para: recibir la corriente de escape desde la cámara de combustión (238); generar la segunda energía de rotación a partir de la corriente de escape; emitir la segunda energía de rotación al segundo compresor (206); y emitir la corriente de escape; una turbina de energía (244) configurada para: recibir la corriente de escape desde la primera turbina (238); y generar una tercera energía de rotación de la misma; un dispositivo de acoplamiento (212) configurado para acoplar el primer compresor (202) a una segunda turbina (242) y para desacoplar el primer compresor (202) de la segunda turbina (242); un generador eléctrico (246) acoplado a una salida de la turbina de energía (244) y configurado para emitir una primera energía eléctrica desde la tercera energía de rotación; y un controlador (256) configurado para: hacer que el dispositivo de acoplamiento (212) desacople mecánicamente la segunda turbina (242) del primer compresor (202) en un primer modo de operación; y hacer que una válvula (222) se abra para dirigir el aire comprimido desde una caverna de almacenamiento de aire (224) a una entrada (208) del segundo compresor (206) durante el primer modo de operación.

Description

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30-10-2015

como la turbina de gas 100 ilustrada en la figura 1, para incluir la funcionalidad descrita.

La figura 3 ilustra una turbina de gas con sistema de almacenamiento de aire 300 según una realización de la invención. El sistema 300 incluye la operación de acuerdo con los modos descritos con respecto al sistema 200 como se ilustra en la figura 2. El sistema 300 incluye componentes adicionales, y también la funcionalidad adicional del sistema, como se describirá.

El sistema 300 incluye un primer compresor 302 configurado para recibir una entrada de aire 304 y presurizar el aire de entrada 304 a una primera presión. Un segundo compresor 306 está configurado para presurizar el aire que pasa a través de una entrada de aire 308 a una segunda presión que es mayor que la primera presión. El primer compresor 302 está acoplado a una fuente de alimentación eléctrica 310 que puede ser una red de energía eléctrica u otra fuente de energía, tal como un suministro de energía renovable o intermitente, tal como una turbina eólica. El sistema 300 incluye un embrague 312. El sistema 300 incluye una primera válvula 314, una segunda válvula 316, una tercera válvula 318, y una caverna de aire 320. En un ejemplo, la caverna de aire 320 incluye una caverna artificial de solución de sal minada de aproximadamente 19,6 millones de pies cúbicos (0,55 metros cúbicos) y opera entre 680 psi y 1280 psi, y es capaz de proporcionar energía para una duración de tiempo continuo de 26 horas. En otro ejemplo, la caverna de aire 320 incluye un sistema por encima del suelo, tal como, por ejemplo, una tubería de alta presión que se utiliza para el transporte de gas natural. Una línea 322 de transporte o entrada de la caverna de aire y una línea 324 de transporte o salida de la caverna aire están en condiciones de pasar respectivamente aire desde el primer compresor 302 y al segundo compresor 306.

El sistema 300 incluye una cámara de combustión 326 colocada para recibir aire a presión a través de una entrada 328 de la cámara de combustión del segundo compresor 306. La cámara de combustión 326 incluye una línea 330 de entrada de combustible para proporcionar combustible, tal como gas natural, a la cámara de combustión 326. El sistema 300 incluye una primera turbina 332 acoplada al segundo compresor 306 a través de un árbol 334, una segunda turbina 336 acoplable al primer compresor 302 a través del embrague 312, y una turbina de energía 338 acoplada a un primer generador/motor 340. La cámara de combustión 326 incluye una línea de transporte 342 para transmitir los productos de escape o de combustión desde la cámara de combustión 326 a la primera turbina 332. La segunda turbina 336 incluye una línea 344 de entrada o de transporte que está configurada para pasar los productos de escape desde la primera turbina 332 a la segunda turbina 336. El sistema 300 también incluye una línea 346 de entrada o transporte que está configurada para pasar los productos de escape desde la segunda turbina 336 a la turbina de energía 338, y los productos de escape se emiten y se escapan desde la turbina de energía 338 en una línea de escape 348. La primera turbina 332 está acoplada al segundo compresor 306 para proporcionar energía de rotación a la misma durante la operación, como se entiende en la técnica, y el primer compresor 302 es acoplable a y desacoplable de la segunda turbina 336 a través del embrague 312.

El sistema 300 incluye un tercer compresor 350 acoplado a un árbol 352 y una tercera turbina 354 acoplada a un árbol 356 para expandir el aire desde la caverna de aire 320 a una presión, tal como de 3-5 bares, que está a un nivel de presión de entrada deseado, en este ejemplo, para la operación del segundo compresor 306. Los árboles 352, 356 son acoplables entre sí a través de un embrague 358 para permitir la generación de energía a través de la tercera turbina 354, que está acoplada a un motor/generador 360 a través del tercer compresor 350. Como tal, el sistema 300 incluye modos de operación que incluyen la compresión de más aire que pasa desde el primer compresor 302 antes de entrar en la caverna de aire 320. De acuerdo con ello, el compresor 350, que en una realización es alimentado por el primer motor/generador 360 y controlado mediante un controlador 362, comprime el aire que pasa a través del mismo a una presión adicional aumentada, tal como 60-80 bares o más, para permitir la capacidad de almacenamiento adicional de la caverna de aire 320. Como tal, como el primer compresor 302 es típicamente un compresor de baja presión que puede hacer salir aire a 3-5 bares, como un ejemplo, el tercer compresor 350 proporciona una capacidad adicional para mejorar aún más el almacenamiento del sistema debido a la capacidad de presión adicional proporcionada por el tercer compresor 350. Además, el embrague 358 puede utilizarse para acoplar la tercera turbina 354 al tercer compresor 350 para que la energía derivada de caverna de aire 320, al pasar a través de la tercera turbina 354, se puede utilizar para el árbol de accionamiento 352, produciendo así energía eléctrica a través del primer motor/generador 360.

Un intercambiador de calor 364 opcional está colocado próximamente al primer compresor 302 y está configurado para recibir el aire comprimido del mismo, y un refrigerador 366 posterior opcional está colocado próximamente al segundo compresor 306 y está configurado para pasar aire comprimido al mismo. El intercambiador de calor 364 opcional y el refrigerador 366 posterior opcional están colocados, respectivamente, para enfriar el aire comprimido que pasa a través del mismo y proporcionar una capacidad de control de temperatura adicional para limitar la temperatura, mejorar la eficiencia, y similares, tal como se entiende en la técnica. El sistema 300 también incluye un par opcional de filtros 368 de tratamiento previo y un refrigerador 370 posterior opcional colocado para un mayor control y acondicionamiento de la temperatura del aire y de la calidad de las partículas cuando el aire comprimido pasa hacia y desde la caverna de aire 320.

El sistema 300 incluye, opcionalmente, un sistema 372 de almacenamiento de energía térmica (TES) que pasa a su través aire hacia y desde la caverna de aire 320. En realizaciones de la invención, el TES 372 incluye un medio 374 para el almacenamiento de calor, tal como hormigón, piedra, un fluido tal como aceite, una sal fundida, o un material de cambio de fase, como ejemplos. El aire caliente de la compresión pasa a través del medio 374, transfiriendo de

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