ES2572657T3 - Sistema de almacenamiento de energía con aire supercrítico - Google Patents

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ES2572657T3 ES10827783.1T ES10827783T ES2572657T3 ES 2572657 T3 ES2572657 T3 ES 2572657T3 ES 10827783 T ES10827783 T ES 10827783T ES 2572657 T3 ES2572657 T3 ES 2572657T3
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expander
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Haisheng Chen
Chunqing Tan
Jia Liu
Yujie Xu
Zheng Yang
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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.

Description

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DESCRIPCION
Sistema de almacenamiento de ene^a con aire supercntico Campo tecnico
La presente invencion se refiere en general al almacenamiento de energfa y, en particular, a un sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico.
Antecedentes
Se necesitan urgentemente sistemas de almacenamiento de energfa electrica (AEE) por la industria de generacion de electricidad convencional. A diferencia de otros mercados de materias primas prosperos, las industrias de generacion de electricidad convencional tienen poco o ningun componente de almacenamiento. Los sistemas de transmision y distribucion de electricidad son operados para el transporte simple sobre la marcha desde centrales de produccion grandes y remotas hasta los consumidores. Esto significa que la electricidad debe siempre ser consumida precisamente cuando es producida. Sin embargo, la demanda de electricidad vana considerablemente de manera repentina, diaria y estacional y la maxima demanda puede durar solo unas pocas horas cada ano. Esto conduce a centrales ineficientes, sobredimensionadas y caras. El AEE permite que la produccion de energfa sea desacoplada de su suministro, autogenerada o comprada. Teniendo una capacidad de almacenamiento de electricidad a gran escala disponible en cualquier momento, los planificadores de los sistemas necesitanan construir solo capacidad de generacion suficiente para satisfacer la demanda electrica media mas bien que las demandas pico. Esto es particularmente mas importante para sistemas de generacion con grandes instalaciones, por ejemplo centrales nucleares, las cuales deben operar cerca de la capacidad total por razones economicas. Por lo tanto, el AEE puede proporcionar beneficios sustanciales que incluyen adaptacion a la carga, generacion en horas de maximo consumo y reserva en espera. Tambien, proporcionando capacidad de reserva disponible y una carga repartida, el AEE puede incrementar la eficiencia neta de fuentes termicas de generacion de energfa al tiempo que se reducen las emisiones nocivas.
De manera mas importante, los sistemas de AEE son cnticamente importantes para los sistemas de suministro de energfas renovables intermitentes, tales como sistemas solar fotovoltaico, turbinas eolicas y de energfa de las olas. La penetracion de las fuentes renovables puede desplazar cantidades significativas de energfa producida por las grandes centrales convencionales. No obstante, la intermitencia y no controlabilidad son caractensticas inherentes a los sistemas de generacion de electricidad basados en las energfas renovables, los cuales hacen el suministro de energfa inestable, incluso inutilizable. Tales desventajas se han convertido en barreras u obstaculos para la utilizacion extensiva de las fuentes de energfas renovables, la industria de la electricidad verde. Un AEE adecuado podna, obviamente, proporcionar una solucion esencial para lidiar con la intermitencia de las fuentes renovables y la impredecibilidad de su potencia generada puesto que los excedentes podnan ser almacenados durante los penodos en los que la generacion intermitente excede la demanda y, luego, ser usados para cubrir penodos en los que la carga es mayor que la generacion.
Ademas, se considera al AEE como una tecnologfa imperativa para el sistema de recursos de energfa distribuido (DER) en el futuro proximo. A diferencia del sistema de produccion de energfa convencional que tiene unidades grandes centralizadas, los DERs son usualmente instalados en el nivel de distribucion, cerca de los lugares de utilizacion, y generan energfa tfpicamente en un rango pequeno de unos pocos kW hasta unos pocos MW. El DER se considera una alternativa sostenible, eficiente, fiable y respetuosa con el medio ambiente, al sistema de energfa convencional. El sistema de recursos de energfa esta experimentando el cambio a ser una mezcla de subsistemas centralizados y distribuidos con una penetracion cada vez mas elevada de sistemas DER debido a la menor capacidad y posibilidad mas elevada de fallo de lmea que el sistema de produccion de energfa convencional. El AEE se identifica como una solucion clave para compensar la flexibilidad de energfa producida y proporcionar suministro de energfa ininterrumpible en caso de cafda de tension instantanea de tales redes de energfa distribuida.
Actualmente, la tecnologfa de almacenamiento de energfa electrica incluye hidrobombeo, almacenamiento de energfa en aire comprimido, batenas secundarias, sistema de almacenamiento de energfa por superconduccion magnetica, volantes de inercia, condensadores, etc. Sin embargo, solo el bombeo de agua y el almacenamiento de energfa en aire comprimido han sido utilizados comercialmente en la actualidad a gran escala, teniendo en consideracion la capacidad, duracion del almacenamiento de la energfa, la densidad de energfa, la eficiencia carga- descarga, vida util, costes de operacion y efectos medioambientales.
El metodo de hidrobombeo bombea agua desde un deposito a nivel inferior hasta un deposito a nivel superior convirtiendo energfa electrica en energfa potencial durante el penodo fuera de pico y, mas tarde, el agua almacenada en el nivel elevado es liberada a traves de una turbina hidraulica para generar energfa electrica durante penodos de demanda electrica alta. El hidrobombeo es el sistema de almacenamiento de energfa electrica mas ampliamente usado con ventajas de una tecnica madura, elevada eficiencia (70%), gran capacidad y un penodo de almacenamiento de energfa ilimitado. No obstante, el hidrobombeo tiene muchas restricciones por requerir condiciones geograficas especiales para construir dos depositos y presas, su largo penodo de construccion, inversion inicial enorme y, lo que es mas importante, da lugar a problemas ecologicos y de inmigracion que resultan de la elevacion de agua que inunda vegetacion, incluso ciudades, propia de la construccion del deposito.
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El almacenamiento de energfa en aire comprimido tradicional se basa en la tecnologfa de turbinas de gas. El aire es comprimido en un recipiente de almacenamiento de aire con la energfa electrica convirtiendose en energfa potencial durante penodos de baja demanda de ene^a (fuera de pico) y, mas tarde, se libera el aire a alta presion, se calienta mediante una camara de combustion y se expande a traves de una turbina para producir electricidad. El sistema almacenamiento de energfa en aire comprimido tiene varias ventajas: capacidad de almacenamiento de energfa elevada, penodo de almacenamiento de energfa largo, eficiencia elevada (50%-70%) y coste de la unidad comparativamente bajo. El sistema de almacenamiento de energfa en aire comprimido tradicional, el cual no puede usarse solo, tiene que ser combinado solo con una central de produccion de energfa con turbina de gas, mas bien que con otros tipos, tales como central termica de carbon, central nuclear, central eolica o central solar. Como resultado, no es apropiado para la estrategia energetica de China, la cual aboga por centrales termicas de carbon mas bien que centrales termicas de gasoleo o gas. Ademas, el sistema de almacenamiento de energfa en aire comprimido depende todavfa de combustibles fosiles, los cuales no solo contaminan el ambiente con emisiones de SOx, NOx y dioxido de carbono, sino que afronta la presion del agotamiento de los combustibles fosiles y el precio creciente de los combustibles de origen fosil. El problema mas importante es que un recipiente de almacenamiento de aire a gran escala construido para su baja densidad de energfa requiere una condicion geografica estricta, tal como cuevas en la roca, minas de sal y minas abandonadas, que limitan el rango de aplicacion de los sistemas de almacenamiento de energfa en aire comprimido. En la tecnica anterior, tal como en la solicitud de patente internacional publicada como WO2005/056994, se divulga que una planta de almacenamiento de aire puede ser integrada con una central con turbina de vapor por medio de intercambiadores de calor. Aunque las eficiencias de ambas plantas del documento WO2005/056994 puede ser mejorada, el aire comprimido es almacenado aun en estado gaseoso con baja densidad de energfa y, de este modo, la planta de almacenamiento opera aun de una manera limitada.
En los ultimos anos, se han llevado a cabo muchas investigaciones sobre Almacenamiento de energfa en aire comprimido (CAES), tal como almacenamiento de energfa en aire comprimido en recipiente de superficie (SVCAES), almacenamiento de energfa en aire comprimido adiabatico avanzado (AACAES) y almacenamiento de aire comprimido con humidificacion (CASH), para eliminar la dependencia del CAES de los combustibles fosiles, uno de los mayores problemas del CAES. Sin embargo, la densidad de energfa del CAES se hace menor debido al no uso de combustible fosil. Es necesario encontrar un metodo para superar la densidad de energfa baja y la dificultad de la implantacion del CAES y suscitar un uso ampliamente efectivo del CAES.
El documento de patente internacional WO 2007/096656 se considera como la tecnica anterior mas cercana a la materia objeto de la reivindicacion 1.
Resumen de la invencion
La presente invencion se ha hecho para superar o aliviar al menos un aspecto de los problemas o desventajas anteriores.
El proposito de esta invencion es proporcionar un sistema de almacenamiento de energfa electrica que usa aire supercntico. Teniendo en consideracion las caractensticas particulares del aire supercntico, la presente invencion se ha hecho para resolver el problema principal del sistema CAES y el sistema de almacenamiento de energfa novedoso es adecuado para diferentes tipos de centrales de generacion de energfa.
De acuerdo con un aspecto de la presente invencion, se proporciona un sistema de almacenamiento de energfa electrica que usa aire supercntico, que comprende: una unidad de compresor, un dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor, un dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno, una valvula estranguladora, un tanque criogenico, una valvula, una bomba criogenica, una unidad de expansor, un generador, una unidad de accionamiento y una pluralidad de tubenas; en el que
la unidad de compresor incluye, al menos, un compresor de baja presion y, al menos, un compresor de alta presion, estando los compresores conectados en serie o integrados en un compresor multietapa, estando conectada una entrada de cada uno de los compresores de baja presion a un conducto de aspiracion de aire;
la unidad de expansor incluye, al menos, un expansor de baja presion y, al menos, un expansor de alta presion, estando conectados los expansores en serie o integrados en un expansor multietapa, estando conectada una salida de los expansores de baja presion a un conducto de salida de aire;
un arbol de accionamiento de la unidad de accionamiento esta acoplado a un arbol arrastrado de la unidad de compresor y un arbol arrastrado del generador esta acoplado a un arbol de accionamiento de la unidad de expansor;
los compresores de baja presion y los compresores de alta presion estan conectados al dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor por via de las tubenas y respectivamente;
el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor, el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno y el tanque criogenico estan conectados mediante tubenas en secuencia;
la valvula estranguladora esta provista en la tubena;
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la valvula y la al menos una bomba criogenica estan dispuestas en la tubena con la valvula aguas arriba de la bomba criogenica en la direccion del flujo del fluido de aire;
el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor esta conectado a los expansores de baja presion y a los expansores de alta presion mediante las tubenas, respectivamente;
se provee una tubena de evacuacion para descargar escoria en la parte inferior del dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno.
El proceso completo se describe como sigue:
Cuando se esta almacenando energfa, la unidad de compresor que consta de los compresores de baja presion y los compresores de alta presion, accionados por la unidad de accionamiento, comprime el aire hasta un estado supercntico. Al mismo tiempo, el calor de compresion es almacenado en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2); el aire supercntico entra en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno en donde es enfriado hasta una temperatura suficientemente baja, entonces pasa a traves de una valvula estranguladora para producir una corriente de vapor humedo, en la cual hay aire lfquido en una gran mayona y entonces es almacenado en el tanque criogenico. Cuando se esta recuperando energfa, el aire lfquido es bombeado hasta el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno en donde es calentado a una presion constante y se convierte en un fluido supercntico. Al mismo tiempo, se recupera energfa fna, entonces el aire supercntico que viene desde el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno pasa a traves del dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor para incrementar mas la temperatura y entonces se expande a traves de una unidad de expansor que consta de expansores de baja presion y alta presion, para accionar un generador electrico.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, la unidad de accionamiento es un motor o una turbina eolica; la electricidad usada para accionar el motor es producida mediante uno o mas de las instalaciones de generacion siguientes: central de combustible fosil, central nuclear y centrales eolicas, solares, hidroelectricas, mareomotrices.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, la fase de almacenamiento de operacion ocurre durante penodos de demanda energetica baja, suministro de energfa renovable excesivo y produccion de energfa renovable de baja calidad; y la fase de recuperacion de operacion ocurres durante penodos de demanda energetica elevada, accidente electrico y amplias fluctuaciones de salida de energfa renovable.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor incluye una tubena de transferencia conectada con una fuente de calor externa.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, los procesos de compresion y enfriamiento comprenden, ademas, limpieza y purificacion del aire para extraer impurezas solidas y gaseosas del aire; las unidades de limpieza y purificacion, las cuales no se muestran solas, estan integradas en la unidad de compresor y el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, si la cantidad de dioxido de carbono, vapor de agua y argon que es necesario extraer del aire es muy pequena, las unidades de limpieza y purificacion pueden ser un filtro.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, la relacion de compresion global de la unidad de compresor esta entre 38 y 340; cuando la unidad de compresor consta de multiples compresores, los compresores estan montados sobre un unico arbol en serie o sobre varios arboles en paralelo; cuando los compresores estan conectados en paralelo, los arboles de accionamiento y los arboles arrastrados estan conectados mediante una conexion desmontable; el aire comprimido descargado de cada etapa de la unidad de compresor fluye a traves del dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, la relacion de expansion global de la unidad de expansor esta entre 38 y 340, y la presion de descarga del expansor de la etapa final esta cerca de la presion atmosferica; cuando la unidad de expansor consta de multiples expansores, los expansores estan montados sobre un unico arbol en serie o sobre varios arboles en paralelo; cuando los expansores estan conectados en paralelo, los arboles de accionamiento y los arboles arrastrados estan conectados mediante una conexion desmontable; el aire de aspiracion a cada etapa de la unidad de expansor fluye a traves del dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor para intercambio de calor.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, los tipos de compresores de la unidad de compresor pueden ser: alternativo, axial, centnfugo, tornillo o mezclados.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, los tipos de expansores de la unidad de expansor pueden ser: alternativo, axial, centnpeto, tornillo o mezclados.
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De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, cuando la unidad de compresor o la unidad de expansor constan de una pluralidad de compresores o una pluralidad de expansores, respectivamente, estos estan montados sobre un unico o varios arboles.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, un caudal de aire de aspiracion de la unidad de compresor es mayor que el del aire de trabajo, en donde el exceso de caudal de aire es menos del 10% del caudal del aire de trabajo.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, el sistema comprende, ademas: otro dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor, el cual se combina con unos colectores solares mediante tubenas para formar un circuito de conversion de energfa termica.
Tubenas conectan el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor, los expansores de baja presion y los expansores de alta presion para formar un circuito de trabajo.
El proceso puede describirse como sigue:
Aire supercntico del dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor pasa en primer lugar a traves del otro dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor y se calienta a alta temperatura, y entonces fluye a traves de la tubena y se expende a traves del expansor de alta presion para producir trabajo. Y de nuevo, aire que viene desde el expansor de alta presion se calienta pasando a traves de la tubena, el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor, el otro dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor y la tubena en secuencia y, entonces, se expande a traves del expansor de baja presion para entregar trabajo.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, el calor almacenado en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor esta en una o mas formas de calor sensible, calor latente o energfa qmmica.
Los medios de almacenamiento de calor incluyen agua, parafina, biocombustible, sales hidratadas cristalinas inorganicas, sal fundida, metales y sus aleaciones, acidos grasos organicos, piedra, roca u hormigon, los cuales se almacenan en recipientes de almacenamiento bien aislados.
El dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor absorbe y almacena calor de compresion cuando se almacena la energfa y usa el calor para elevar la temperatura del aire de aspiracion de cada etapa de la unidad de expansor cuando la energfa se recupera.
Calor residual se anade al dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor por via de la tubena de transferencia en cualquier momento durante la recuperacion o liberacion de energfa.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, el aire supercntico es enfriado hasta una temperatura entre 81 K y 150 K a traves del dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno en el cual el almacenamiento de energfa fna esta en una o dos formas de calor sensible y calor de cambio de fase solido-lfquido.
El medio de almacenamiento de fno sensible puede comprender uno o mas seleccionados de entre los siguientes: bolas de hielo selladas, arena, grava, tiras de aluminio u otros metales; el medio de almacenamiento de fno de cambio de fase solido-lfquido puede incluir uno o mas seleccionados de entre los siguientes: amoniaco, amoniaco acuoso, soluciones de sales en agua, alcanos, olefinas y sus compuestos, alcoholes y sus soluciones en agua, con sus temperaturas de transicion de fase solido-lfquido que estan en el rango de 81 K a 273 K, en donde el medio de almacenamiento de fno esta almacenado en recipientes de almacenamiento bien aislados.
En el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno, el aire supercntico o aire lfquido intercambia calor directa o indirectamente con el medio de almacenamiento de fno.
El aire supercntico es enfriado en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno cuando se almacena energfa, y la energfa fna producida en el proceso de gasificacion del aire lfquido a alta presion es almacenada en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno cuando la energfa se recupera.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, cuando el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno no proporciona suficiente energfa fna, se anade el turbo- expansor o la valvula estranguladora para producir fno adicional; despues de pasar a traves de la valvula estranguladora, el aire enfriado es convertido desde un estado fluido a un estado de vapor humedo en el que el aire lfquido saturado es el componente principal y el vapor saturado restante es conducido de vuelta al dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno con el proposito de proporcionar compensacion de energfa fna.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, el tanque criogenico es un tanque Dewar o un tanque de almacenamiento criogenico en el que se almacena aire lfquido a presion atmosferica o a una presion de almacenamiento prefijada.
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De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, la bomba criogenica puede ser: alternativa, centnfuga o mezcladas, en la cual el aire Ifquido es bombeado hasta una presion en el rango de 3,8 MPa a 34 MPa; la bomba criogenica puede incluir una pluralidad de bombas y estas estan dispuestas bien en serie o en paralelo.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, cuando los productos de la separacion del aire se producen, se instala un equipo de separacion de aire y destilacion, con una tubena (29) en su lado inferior, entre el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno y el tanque criogenico y estos estan conectados mediante tubenas (32, 33).
El proceso del sistema se describe como sigue:
El flujo de aire enfriado desde el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno fluye hasta el equipo de separacion de aire y destilacion para producir productos de aire, los productos gaseosos resultantes son extrafdos a traves de la tubena (29), y los lfquidos refinados productos son entregados a traves de la tubena y entonces almacenados en tanques criogenicos.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, cuando el aire descargado del expansor de baja presion se usa para aire acondicionado y refrigeracion, la temperatura de entrada y la relacion de expansion del expansor de baja presion son controladas para regular la temperatura del aire B del lado de salida.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, cuando se almacena energfa, la tasa de almacenamiento se controla regulando el caudal masico de aire de aspiracion.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, el paso de regular el caudal masico de aire de aspiracion incluye al menos uno de los siguientes: variar la carga del compresor, arrancar y parar algunos compresores y regular la relacion de compresion.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, cuando se recupera energfa, la tasa de generacion se controla regulando el caudal de lfquido.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, se almacena calor residual o calor solar en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor y se usa para calentar el aire supercntico de aspiracion de cada etapa de la unidad de expansor. La energfa del calor residual o calor solar puede ser usada directamente para elevar la temperatura del aire supercntico antes de cada etapa de la unidad de expansor.
De acuerdo con el sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico mencionado arriba, el calor residual viene de una central de produccion, una industria cementera, una industria siderurgica o una industria qmmica. El calor residual es almacenado en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor y la energfa de calor solar es almacenada en el otro dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor.
Hay varias ventajas de esta invencion, que incluyen densidad de energfa elevada, eficiencia elevada, ninguna necesidad de grandes recipientes de almacenamiento ni de condiciones geograficas especiales, adecuacion para todas las clases de centrales de generacion, respetuosa con el medio ambiente, capacidad de reciclar calor residual de baja a media temperatura y larga vida util.
Breve descripcion de los dibujos
La figura 1 es una vista esquematica de una primera realizacion del sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico;
La figura 2 es una vista esquematica de una segunda realizacion del sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico;
La figura 3 es una vista esquematica de una tercera realizacion del sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico;
La figura 4 es una vista esquematica de una cuarta realizacion del sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico;
Descripcion detallada de realizaciones preferidas de la invencion
El sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico de acuerdo con esta invencion hace funcionar los compresores mediante el uso de electricidad a bajo coste en penodos fuera de pico para presurizar aire hasta el estado supercntico (al mismo tiempo, se recupera calor de la compresion), y entonces enfna el aire supercntico mediante la energfa fna almacenada en un dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor, y finalmente licua el aire supercntico (almacenamiento de energfa). Durante los penodos de pico, el aire lfquido es bombeado
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hasta el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor en donde el aire de trabajo es calentado a presion constante y se convierte en un fluido supercntico (al mismo tiempo, se recicla y almacena ene^a fna), despues de absorber el calor de compresion almacenado, el aire supercntico se expande a traves de una turbina para generar energfa electrica (recuperacion de ene^a). Debe notarse que el calor residual de plantas puede ser reciclado para aumentar la eficiencia del sistema. Debido a las caractensticas particulares del aire supercntico, este sistema tiene las siguientes ventajas:
Densidad de energfa elevada: el aire supercntico y el aire lfquido tienen una densidad de energfa mucho mas elevada que el aire gaseoso (por ejemplo, la densidad del aire lfquido es alrededor de 800 veces mas elevada que la del aire gaseoso a la presion normal). Bajo las mismas condiciones, la densidad de energfa del sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico es un orden de magnitud mayor que el del CAES y dos ordenes de magnitud mayor que el sistema de almacenamiento de energfa por hidrobombeo.
No se necesita un recipiente de almacenamiento grande: debido a la elevada densidad de energfa, el volumen del tanque de aire es mucho menor que el del CAES convencional. Asf, la inversion puede ser recortada y el penodo de construccion acortado. En particular, el presente sistema no depende de condiciones geograficas, lo cual supera la principal desventaja del CAES convencional.
Eficiencia elevada: debido a uso de los necesarios dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor y dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno, la eficiencia del sistema se estima en 65-70%, la cual es mas elevada que la del CAEs convencional.
Flexibilidad de la duracion del almacenamiento: actualmente, el tanque de almacenamiento en vacfo a baja temperatura industrial convencional, frasco de Dewar, puede conservar permanentemente aire lfquido a gran escala y su tasa de perdidas diarias es menor de 0,005.
Facil aplicacion con toda clase de centrales de produccion: el sistema de almacenamiento de energfa solo intercambia electricidad con las centrales de produccion mediante el uso del gas supercntico y no interrumpe sus procesos internos de centrales de produccion.
Respetuosa con el medio ambiente: el presente sistema de almacenamiento de energfa no implica la combustion de combustibles fosiles, por lo tanto, no produce ninguna emision nociva. Ademas, SOx, NOx y dioxido de carbono y otras sustancias nocivas pueden ser extrafdos facilmente durante el proceso de enfriamiento del aire supercntico, contribuyendo de este modo a mejorar la calidad de la atmosfera.
Recuperacion de calor residual: el presente sistema de almacenamiento de energfa podna ser combinado con otras plantas industriales, tales como las plantas cementeras, plantas siderurgicas y metalurgicas y plantas qmmicas, para recuperar calor o almacenar energfa de manera eficiente.
La figura 1 muestra una primera realizacion del sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico. El sistema incluye un compresor de baja presion 1, un dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor 2, un compresor de alta presion 3, un dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno 4, una valvula estranguladora 5, un tanque criogenico 6, una valvula 7, una bomba criogenica 8, una expansor de alta presion 9, un expansor de baja presion 10, un generador 11, una unidad de accionamiento 12 y aire A. El sistema puede comprender, ademas, una pluralidad de tubenas, tales como las denotadas por 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 30 y 31.
En este ejemplo, la unidad de accionamiento 12 esta conectada con los compresores 1 y 3 mediante un arbol de transmision comun y el generador 11 esta conectado con los expansores 9 y 10 mediante un arbol de transmision comun. El compresor de baja presion 1 y el compresor de alta presion 3 estan conectados al dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor 2 mediante las tubenas 13, 14 y 15, respectivamente. El aire A fluye al interior del sistema por una entrada del compresor de baja presion 1. El dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor 2, el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno 4 y el tanque criogenico 6 estan conectados en secuencia mediante tubenas 16, 17, 18, 19, 30. En la tubena 30 se provee una valvula estranguladora 5 y en la tubena 31 se provee una bomba criogenica 8 y la valvula 7 que esta situada aguas arriba de la bomba criogenica 8 a lo largo de la direccion del flujo de aire. El dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor 2 esta conectado a un expansor de baja presion y un expansor de alta presion mediante las tubenas 20, 21 y 22, respectivamente. El gas evacuado desde el expansor de baja presion 10 es liberado a la atmosfera.
El dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor 2 incluye una tubena de transferencia 23 conectada con una fuente de calor externa. En la parte inferior del dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno 4, se provee una tubena de evacuacion 24 que permite que la escoria fluya hacia fuera.
Cuando se almacena energfa, la electricidad de bajo coste en penodo fuera de pico se usa para alimentar al motor de accionamiento 12, el cual a su vez acciona la unidad de compresor. El aire A de atmosfera limpiado (no mostrado en la figura 1) en primer lugar es introducido y comprimido mediante el compresor de baja presion 1 y entonces fluye hasta el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor 2, por via de la tubena 13, en el cual el aire
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presurizado intercambia calor con el medio de almacenamiento termico para almacenar el calor de compresion en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor 2. El aire enfriado es entonces conducido hasta el compresor de alta presion 3, por via de la tubena 14, y comprimido en el mismo hasta el estado supercntico, y entonces fluye hasta el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor 2, en el cual se almacena de nuevo el calor de compresion. El aire supercntico enfriado hasta una cierta temperatura es dirigido a traves de la tubena 16 y enfriado mas hasta una temperatura baja en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno 4 mediante un medio de almacenamiento de fno. Finalmente, el aire a baja temperatura y alta presion que viene del dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno 4 es estrangulado a traves de la valvula estranguladora 5, en donde la gran mayona de la corriente de aire se licua. Entonces el aire licuado se encauza y almacena en el tanque criogenico 6, en donde el resto de vapor saturado vuelve entonces al dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno 4 por via de la tubena 17.
Cuando se recupera energfa, la valvula 7 es abierta y el aire lfquido del tanque criogenico 6 es bombeado hasta una cierta presion mediante la bomba criogenica 8. El fluido de trabajo fluye entonces hacia el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno 4 por via de la tubena 18. En el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno 4, el aire lfquido se gasifica intercambiando calor con el medio de almacenamiento de fno que hay en el mismo, y mientras tanto se almacena la energfa fna. El aire supercntico que fluye saliendo del dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno 4 entra en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor 2, por via de la tubena 19, y es calentado mas en el mismo. El aire supercntico calentado fluye entonces hacia el expansor de alta presion 9 y produce trabajo allt El gas resultante del expansor de alta presion 9 pasa a traves de la tubena 21, el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor 2 y la tubena 22 en secuencia y es calentado de nuevo. Entonces se expande en el expansor de baja presion 10 para entregar trabajo.
En general, los procesos de almacenamiento de energfa y liberacion de energfa no operan simultaneamente. Durante el almacenamiento de energfa, los compresores trabajan mientra los expansores y la bomba criogenica 8 estan parados y la valvula 7 esta cerrada, el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor 2 recupera y almacena calor de compresion para enfriar el aire. Al mismo tiempo, el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno 4 enfna el aire supercntico hasta temperatura baja. De manera inversa, durante la liberacion de energfa, la valvula 7 es mantenida abierta y los expansores y la bomba criogenica 8 trabajan y el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno 4 recupera y almacena la energfa fna del proceso de expansion mientras que los compresores estan parados. Al mismo tiempo, el aire lfquido a alta presion es calentado hasta un estado de temperatura supercntica, el cual es calentado mas mediante el calor de compresion recuperado en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor 2.
Ademas, puede introducirse calor externo en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor 2 por via de la tubena 23. Las impurezas y contaminantes disociados en el proceso pueden ser descargados a traves de tubena de evacuacion 24 cuando el aire supercntico es introducido en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno 4 y enfriado en el mismo.
La figura 2 muestra una segunda realizacion de la combinacion del sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico con generacion de energfa electrica solar termica de acuerdo con la presente solicitud. Esta realizacion es la misma que la primera realizacion, pero con la parte de conexion para los colectores solares. De acuerdo con la segunda realizacion, esta incluye un compresor de baja presion 1, un dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor 2, un compresor de alta presion 3, un dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno 4, una valvula estranguladora 5, un tanque criogenico 6, una valvula 7, una bomba criogenica 8, una expansor de alta presion 9, un expansor de baja presion 10, un generador 11, un motor de accionamiento 12, otro dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor de alta temperatura 25 y aire A. Esta provista, ademas, de tubenas 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 24, 26, 27, 30 y 31.
El fluido a alta temperatura que viene desde el colector solar, fluye hacia el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor de alta temperatura 25 por via de la tubena 26, libera su calor y luego fluye de vuelta al colector solar para completar un circuito. Mientras tanto, el aire supercntico que viene del dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor 2 es sobrecalentado hasta alta temperatura al fluir a traves del dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor de alta temperatura 25. Entonces, el aire sobrecalentado entra en el expansor de alta presion 9 por via de la tubena 20 para producir trabajo. El aire de salida del expansor de alta presion 9 va a traves de la tubena 21, el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor 2, el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor de alta temperatura 25 y la tubena 22 en secuencia para un intercambio de calor, entonces fluye hacia el expansor de baja presion 10 para entregar trabajo.
La figura 3 es una tercera realizacion mejorada con respecto a la figura 1, la cual es la misma que la primera realizacion, pero con el equipo de separacion de aire y destilacion adicional (en el cual esta integrada la valvula 5). De acuerdo con la tercera realizacion, se incluye un compresor de baja presion 1, un dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor 2, un compresor de alta presion 3, un dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno 4, un tanque criogenico 6, una valvula 7, una bomba criogenica 8, una expansor de alta presion 9, un expansor de baja presion 10, un generador 11, un motor de accionamiento 12, un equipo de separacion de aire 28, aire A y aire de salida B. Incluye tubenas 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21,22, 23, 24, 29, 31, 32 y 33.
El fluido a baja temperatura fluye hasta el equipo de separacion de aire 28 despues de que ha sido enfriado hasta una cierta temperatura en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno 4. Los productos de la separacion de aire, tales como oxfgeno (O2), Argon (Ar), etc. son extrafdos a traves de la tubena 29, y el nitrogeno refinado es introducido en el tanque criogenico 6 por via de la tubena 33. Ademas, la temperatura del aire B a la 5 salida del expansor de baja presion 10 puede ser controlada regulando la temperatura de entrada y la relacion de expansion del expansor de baja presion 10. Como resultado, el aire B puede ser usado para diferentes propositos, tales como aire acondicionado y refrigeracion.
La figura 4 muestra una cuarta realizacion mejorada de la combinacion del sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico con una granja eolica de acuerdo con la presente solicitud, la cual es sustancialmente la 10 misma que la primera realizacion, pero sin el motor de accionamiento. De acuerdo con la cuarta realizacion, esta incluye un compresor de baja presion 1, un dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor 2, un compresor de alta presion 3, un dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno 4, una valvula estranguladora 5, un tanque criogenico 6, una valvula 7, una bomba criogenica 8, una expansor de alta presion 9, un expansor de baja presion 10, un generador 11, aire A, una electricidad de bajo coste en penodos fuera de pico C y 15 un trabajo de compresion D. Tambien incluye tubenas 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 30 y 31.
En la cuarta realizacion, la energfa eolica se usa directamente para accionar los compresores y no se necesita convertirla en electricidad. Las diferentes corrientes de aire comprimido son transferidas al dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor 2 por via de tubenas respectivamente para almacenar calor de compresion en el mismo. Como la compresion ocurre en diferentes etapas y diferentes lugares, una porcion del calor de compresion 20 se disipa durante la transferencia del aire de trabajo. Una fuente de calor externa, tal como calor residual y calor recuperado, puede ser anadida al sistema de almacenamiento de energfa por via de la tubena 2 o calor adicional puede ser anadido al dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor 2 a traves de calentamiento mediante uso de electricidad de penodos fuera de pico C.

Claims (13)

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    REIVINDICACIONES
    1. Un sistema de almacenamiento de ene^a que usa aire supercntico que comprende una unidad de compresion, un dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2), un dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno (4), una valvula estranguladora (7), un tanque criogenico (6), una valvula estranguladora (5), al menos una bomba criogenica (8), una unidad de expansor (9, 10), un generador (11), una unidad de accionamiento (12) y una pluralidad de tuberias (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 presion (1) y, al menos, un compresor de alta presion (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 presion a un conducto de aspiracion de aire;
    la unidad de expansor (9, 10) incluye, al menos, un expansor de baja presion (10) y, al menos, un expansor de alta presion (9), estando conectados los expansores en serie o integrados en un expansor multietapa, y estando conectada una salida del expansor de baja presion (10) a un conducto de salida de aire;
    un arbol de accionamiento de la unidad de accionamiento esta acoplado a un arbol arrastrado de la unidad de compresor y un arbol arrastrado del generador esta acoplado a un arbol de accionamiento de la unidad de expansor; caracterizado por que
    los compresores de baja presion (1) y los compresores de alta presion (3) estan conectados al dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2) por via de las tubenas (13, 14, 15) respectivamente;
    el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2), el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno (4) y el tanque criogenico (6) estan conectados por via de tubenas (16, 17, 18, 19, 30) en secuencia;
    se provee la valvula estranguladora (5) en la tubena (30) entre el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno (4) y el tanque criogenico (6);
    la valvula estranguladora (7) y la, al menos una, bomba criogenica (8) estan situadas en la tubena (31) entre el tanque criogenico (6) y el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno (4) con la valvula estranguladora (7) estando dispuesta aguas arriba del tanque criogenico (6);
    el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2) esta conectado al expansor de baja presion (10) y al expansor de alta presion (9) mediante tubenas (20, 21, 22) respectivamente;
    se provee una tubena de evacuacion (24) para descargar escoria en la parte inferior del dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno (4), en el que:
    durante el penodo de almacenamiento de energfa, se usa electricidad para accionar la unidad de compresor y presurizar aire hasta un aire supercntico y el calor de compresion es recuperado y almacenado en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2);
    el aire supercntico es entonces introducido en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno (4) en donde es enfriado hasta una temperatura baja extrayendo el almacenamiento de fno del dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno (4), y la corriente de aire enfriado se expande entonces por via de la valvula estranguladora (5) en donde una gran mayona de la corriente de aire se licua y almacena en el tanque criogenico
    (6);
    durante el penodo de liberacion de energfa, se bombea aire lfquido hasta el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno (4) en donde es calentado isobaricamente y se convierte en aire supercntico, y al mismo tiempo, la energfa fna contenida por el aire de trabajo es extrafda y almacenada en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno (4);
    el aire supercntico es calentado mas usando el calor de compresion almacenado en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2); y
    el aire calentado se expande a traves de la unidad de expansor para accionar el generador electrico (11); en donde el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2) almacena el calor en forma(s) de uno o mas de: calor sensible, calor latente y energfa qmmica;
    los medios de almacenamiento de calor se seleccionan de uno o mas de: agua, parafina, biocombustible, sales hidratadas cristalinas inorganicas, sal fundida, metales y sus aleaciones, acidos grasos organicos, piedra, roca y hormigon, 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 compresion durante el almacenamiento de energfa y calienta el aire comprimido antes de que entre en cada etapa del expansor durante la liberacion de energfa;
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    se suministra adicionalmente calor residual al dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2) por via de la tubena (23) durante la liberacion de energfa; y en el que
    el aire supercntico es enfriado hasta una temperatura entre 81 K y 150 K a traves del dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno (4) en el cual se almacena fno en una o dos formas de calor sensible y calor de cambio de fase solido-lfquido;
    el medio de almacenamiento de fno sensible puede comprender uno o mas materiales seleccionados de: bolas de hielo selladas, arena, grava, tiras de aluminio u otros metales;
    el medio de almacenamiento de fno de cambio de fase solido-lfquido puede incluir uno o mas 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 transicion de fase solido-lfquido que estan en el rango de 81 K a 273 K,
    el medio de almacenamiento de fno esta almacenado en recipientes de almacenamiento bien aislados;
    en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno (4), el de trabajo que incluye el aire supercntico o aire licuado intercambia calor directa o indirectamente con el medio de almacenamiento de fno;
    el aire supercntico es enfriado en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno (4) durante el almacenamiento de energfa, mientras que la energfa fna producida en el proceso de gasificacion del aire lfquido es almacenada en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno (4) durante la liberacion de energfa;
  2. 2. El sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico de la reivindicacion 1, caracterizado por que: la unidad de accionamiento (12) es una turbina eolica, o un motor electrico; el cual es accionado mediante la electricidad producida mediante uno o mas de las instalaciones de generacion siguientes: central de produccion de combustible fosil, central nuclear y centrales de generacion eolica, solar, hidroelectrica, mareomotriz.
  3. 3. El sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico de la reivindicacion 1, caracterizado por que: el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2) incluye una tubena de transferencia (23) que comunica con otras fuentes de calor externas.
  4. 4. El sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico de la reivindicacion 1, caracterizado por que: en el que la relacion de presion global de la unidad de compresor esta entre 38 y 340;
    cuando la unidad de compresor consta de multiples compresores, los compresores estan montados sobre un unico arbol en serie o sobre varios arboles en paralelo;
    cuando los compresores estan conectados en paralelo, los arboles de accionamiento y los arboles arrastrados estan conectados mediante una conexion desmontable; el aire comprimido descargado de cada etapa de la unidad de compresor es enfriado en el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2).
  5. 5. El sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico de la reivindicacion 1, caracterizado por que:
    en el que la relacion de expansion global de la unidad de expansor esta entre 38 y 340, y la presion de descarga del expansor de la etapa final esta cerca de la presion atmosferica;
    cuando la unidad de expansor consta de multiples expansores, los expansores estan montados sobre un unico arbol en serie o sobre varios arboles en paralelo; cuando los expansores estan conectados en paralelo, los arboles de accionamiento y los arboles arrastrados estan conectados mediante una conexion desmontable;
    el aire de entrada a cada etapa de la unidad de expansor es calentado a traves del dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2).
  6. 6. El sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico de cualquiera de las reivindicaciones 1 o 4, caracterizado por que: los tipos de compresores de la unidad de compresor son: alternativo, axial, centnfugo, tornillo o mezclados.
  7. 7. El sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico de cualquiera de las reivindicaciones 1 o 5, caracterizado por que: los tipos de expansores de la unidad de expansor son: alternativo, axial, centnpeto, tornillo o mezclados
  8. 8. El sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico de la reivindicacion 1, caracterizado por que:
    el sistema comprende, ademas: otro dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (25), el cual esta conectado con unos colectores solares mediante tubenas (26, 27) para formar un circuito de generacion de energfa termica; el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2), el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (25) adicional, el expansor de baja presion (10) y el expansor de alta presion (9) estan
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    conectados mediante tubenas (20, 21, 22) en secuencia con el fin de formar un circuito de trabajo, en el que:
    aire supercntico que viene del dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2) fluye en primer lugar a traves del otro dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (25) y se calienta a alta temperatura, entonces es alimentado al expansor de alta presion (9) por via de la tubena (20);
    despues de haber sido expandido en el expansor de alta presion (9) para producir trabajo, el aire de trabajo fluye a traves de la tubena (21), el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (2), el otro dispositivo intercambiador y de almacenamiento de calor (25) y la tubena (22) en secuencia para calentamiento y, entonces, se expande en el expansor de baja presion (10) para producir trabajo.
  9. 9. El sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico de la reivindicacion 1, caracterizado por que:
    se provee, ademas, un turbo-expansor de baja temperatura o una valvula estranguladora (5) para estrangular el aire presurizado para suministrar energfa fna adicional cuando la energfa fna no es suficiente; en donde el aire enfriado es convertido a un estado de vapor humedo mediante estrangulamiento, en el cual el aire lfquido saturado es el componente principal y el vapor saturado restante fluye de vuelta al dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno (4).
  10. 10. El sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico de la reivindicacion 1, caracterizado por que: la bomba criogenica (8) esta configurada para ser: alternativa, centnfuga o mezcladas, en la cual el aire lfquido es bombeado hasta una presion en el rango de 3,8 MPa a 34 MPa; cuando se usan multiples bombas, estas estan dispuestas bien en serie o en paralelo.
  11. 11. El sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico de la reivindicacion 1, caracterizado por que:
    una columna de separacion de aire (28) con una tubena (29) en la parte inferior se provee entre el dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno (4) y el tanque criogenico (6) para producir productos de separacion de aire, en el que:
    la corriente de aire fno que viene del dispositivo intercambiador y de almacenamiento de fno (4) fluye hasta la columna de separacion de aire (28) para producir productos de aire y los productos gaseosos resultantes son reciclados a traves de la tubena (29) y el lfquido refinado es entregado a traves de la tubena (33) y entonces almacenado en el tanque criogenico (6).
  12. 12. El sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico de la reivindicacion 1 u 11, caracterizado por que: la temperatura de entrada y la relacion de expansion del expansor de baja presion (10) son regulables para controlar la temperatura del aire a la salida de tal forma que el aire descargado del expansor de baja presion (10) puede usarse para aire acondicionado o refrigeracion.
  13. 13. El sistema de almacenamiento de energfa que usa aire supercntico de la reivindicacion 1, caracterizado por que: se almacena energfa de calor residual o calor solar en los dispositivos intercambiadores y de almacenamiento de calor (2, 25) y se usa para calentar el aire de aspiracion de cada etapa de la unidad de expansor, o se usa energfa de calor residual o calor solar directamente para calentar el aire supercntico antes de cada etapa de la unidad de expansor.
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