ES2762458T3 - Dispositivo y método de generación de electricidad - Google Patents

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Abstract

Un dispositivo de generación de electricidad que comprende: un tanque de almacenamiento (400) para almacenar un fluido criogénico, una bomba de fluido (410) para comprimir fluido criogénico tomado del tanque de almacenamiento a alta presión, un evaporador (420) para evaporar el fluido criogénico a alta presión, para proporcionar un gas a alta presión, una primera turbina de expansión (440, 442) para expandir el gas a alta presión y extraer el trabajo del gas a alta presión; un primer recalentador (450, 452) para recalentar el gas extraído de la primera turbina de expansión usando calor ambiental o calor residual; una segunda turbina de expansión (460, 462) para expandir el fluido de trabajo expulsado del primer recalentador y extraer trabajo del fluido de trabajo expulsado del primer recalentador; en donde la segunda turbina de expansión tiene una salida de escape que se divide en la primera y la segunda vías de tal manera que el fluido de trabajo expulsado de la segunda turbina de expansión se divide en la primera y la segunda partes, en donde la primera parte de fluido de trabajo se dirige a lo largo de la primera vía al ambiente a través de un primer escape (490), y la segunda parte del fluido de trabajo se dirige a lo largo de la segunda vía a una entrada del evaporador de tal manera que la segunda parte del fluido de trabajo intercambia energía térmica con el fluido criogénico a alta presión dentro del evaporador; y un primer compresor (470) para comprimir la segunda parte del fluido de trabajo después de que haya pasado a través del evaporador, en donde una salida de escape del compresor está conectada con una salida de escape de la primera turbina de expansión de tal manera que la segunda parte del fluido de trabajo y el gas expulsado de la primera turbina de expansión se combinan y se dirigen al primer recalentador para ser recalentados usando el calor del ambiente o residual. un generador en donde por lo menos una de la primera y la segunda turbinas de expansión está configurada para accionar dicho generador para producir electricidad.

Description

DESCRIPCIÓN
Dispositivo y método de generación de electricidad
Campo de la invención
La presente invención se refiere a dispositivos y métodos de generación de electricidad que usan un fluido criogénico como el nitrógeno líquido o aire líquido y una fuente de calor residual de grado bajo, y medios para aumentar la eficiencia de la recuperación de energía de tales dispositivos.
Antecedentes de la invención
Las redes de distribución de electricidad (o redes) a menudo están respaldadas por una flota de generadores diésel y turbinas de gas de ciclo abierto que proporcionan electricidad durante períodos de alta demanda y eventos de emergencia, como el fallo inesperado de una central eléctrica. Tales activos generadores, a menudo denominados plantas de pico, queman combustibles fósiles a baja eficiencia y pueden ser una fuente importante de contaminantes atmosféricos. Los servicios proporcionados por dicha planta de pico incluyen, pero no están limitados a:
• equilibrar las diferencias en la oferta y la demanda en diferentes momentos del día y con poca antelación;
• suministro de la electricidad requerida para alimentar el equipo auxiliar requerido para reiniciar un activo de generación en caso de fallo total de la red (soporte de arranque en negro);
• refuerzo de la red donde partes de la red de distribución de electricidad tienen un déficit de capacidad durante los períodos de alta demanda de energía;
• inyectar energía a la red para soportar la frecuencia de la red cuando la demanda de electricidad aumenta rápidamente.
Además, la pérdida de energía de la red de distribución de electricidad puede dar como resultado pérdidas económicas significativas para algunos consumidores, como un centro de datos, o peligro para el personal, por ejemplo, en el caso de un fallo de alimentación en un hospital. Tales aplicaciones utilizan a menudo generadores diésel para proporcionar electricidad de reserva en caso de una interrupción en el suministro de electricidad de la red de distribución. Sería beneficioso reemplazar dichos generadores diésel con un dispositivo de cero emisiones que use un combustible de una fuente sostenible.
Hay una necesidad de un dispositivo que pueda proporcionar un servicio similar pero que use un combustible que produzca una contaminación atmosférica baja o preferiblemente cero que se origine de una fuente sostenible.
Los presentes inventores se han dado cuenta de que existe el potencial de generar electricidad usando la expansión de aire líquido, nitrógeno líquido o criógeno para accionar una turbina para generar electricidad. Tal dispositivo podría proporcionar una solución compacta, reactiva y ambientalmente limpia a los problemas de equilibrar el suministro de la red con la demanda.
La WO 2007/096656 divulga un sistema de almacenamiento de energía criogénica que explota la temperatura y la diferencia de fase entre el aire líquido a baja temperatura, el nitrógeno líquido o el criógeno y el aire ambiente, o calor residual, para almacenar energía en períodos de baja demanda y/o producción excesiva, permitiendo que esta energía almacenada se libere más tarde para generar electricidad durante períodos de alta demanda y/o producción limitada. El sistema comprende un medio para licuar el aire durante los períodos de baja demanda de electricidad, un medio para almacenar el aire líquido producido y una turbina de expansión para expandir el aire líquido. La turbina de expansión está conectada a un generador para generar electricidad cuando se requiera para satisfacer las deficiencias entre la oferta y la demanda.
La GB1100569.1 desarrolla el elemento de recuperación de energía de la WO 2007/096656 y divulga un dispositivo, el conjunto criogénico, y un método para la generación de electricidad de cero emisiones que usa un fluido criogénico y una fuente de calor residual de bajo grado, y puede usarse para proporcionar equilibrio de carga y soporte de emergencia a una red de distribución de electricidad, o potencia de reserva para un consumidor crítico, como un hospital o centro de datos. En referencia a la Figura 1, la invención de la GB1100569.1 utiliza un fluido criogénico, como nitrógeno líquido o aire líquido, y una fuente de calor residual de bajo grado 140 para alimentar un turbogenerador. Las emisiones del dispositivo son o nitrógeno gaseoso o aire gaseoso y no presentan problemas medioambientales. El fluido criogénico se fabrica en una planta de refrigeración industrial o de separación de aire 100 usando energía de la red 150 o de una fuente renovable 160 y se suministra por camión cisterna o tubería 110 al conjunto criogénico 130 preferiblemente a través de un tanque de almacenamiento 120.
Una limitación importante en la eficiencia de tales sistemas y dispositivos es la pobre utilización de la energía térmica liberada del fluido criogénico durante el calentamiento a temperatura ambiente. El escape del conjunto criogénico está solo unos pocos grados por encima de la temperatura del fluido criogénico y, por lo tanto, significativamente por debajo de la temperatura ambiente. Idealmente, el escape del proceso estaría mucho más cerca de la temperatura ambiente debido a una recuperación más efectiva del trabajo del proceso.
Sumario de la invención
Los inventores han descubierto que se puede extraer trabajo adicional del fluido de trabajo mediante la inclusión de ciclos de recuperación de energía adicionales al ciclo de Rankine abierto principal descrito en la GB1100569.1. Los ciclos de recuperación de energía adicionales combinados con el ciclo principal de Rankine aprovechan las diferencias de temperatura entre el ambiente y el escape del primer ciclo de Rankine para extraer más trabajo del fluido de trabajo. Pueden incluirse varios ciclos para aumentar progresivamente la temperatura de escape final hasta cerca de la ambiente. Sin embargo, la eficiencia de cada ciclo adicional se reduce progresivamente a medida que se reduce la diferencia de temperatura entre las partes calientes y frías del ciclo, reduciendo por tanto la eficiencia de Carnot de cada ciclo adicional incremental. En la práctica, se aplicarían uno o dos ciclos adicionales ya que el costo-beneficio de ciclos adicionales es marginal.
El enfoque es bien conocido, y el llamado ciclo de ‘cabecera’ o de 'cola' a menudo se aplica a los dispositivos de generación de energía. Por ejemplo, una central eléctrica de turbina de gas de ciclo combinado utiliza un ciclo Brayton abierto combinado con un ciclo de cola de Rankine de vapor cerrado. Un conjunto criogénico podría combinarse con un ciclo de Rankine cerrado utilizando un fluido de trabajo que se condensa en el intervalo operativo entre la temperatura ambiente y la temperatura del criógeno (ver Figura 2) Alternativamente, podría usarse un ciclo de Brayton abierto o cerrado (ver Figuras 3a y b)
En la mayoría de los casos, se usan diferentes fluidos de trabajo para el ciclo principal y de cola, como el aire y el vapor en el caso mencionado anteriormente. Los inventores han notado que en el caso del conjunto criogénico, puede usarse un único fluido de trabajo tanto para el fluido de trabajo principal como para el fluido de trabajo del ciclo de cola si se usa un ciclo Brayton abierto (como el que se muestra en la Figura 3b) como ciclo de cola. Esto tiene la ventaja de simplificar el diseño y reducir el coste, una característica esencial en el mercado objetivo de la energía de reserva. En el ciclo de la Figura 3b, el aire de entrada al ciclo de cola de Brayton puede pasarse primero a través de una unidad de purificación de aire para eliminar el agua y el dióxido de carbono. En referencia a la Figura 4, la simplificación del diseño se logra combinando el fluido de trabajo principal y el fluido de trabajo del ciclo de cola en la entrada de la primera o segunda turbina de expansión.
La presente invención proporciona un dispositivo de generación de electricidad de acuerdo con la reivindicación 1 y un método para generar electricidad de acuerdo con la reivindicación 10.
En consecuencia, la presente invención combina un ciclo de Rankine con un ciclo de Brayton.
El compresor es accionado generalmente por un motor eléctrico o dispositivo similar.
Una o ambas turbinas de expansión podrían usarse para accionar un generador para producir electricidad a partir de la energía rotacional producida por las turbinas de expansión.
El fluido criogénico actúa como fluido de trabajo dentro del sistema.
Con la disposición de la presente invención, el fluido de trabajo en los dos ciclos es el mismo. Además, el flujo másico de fluido a través de la segunda turbina es inherentemente mayor que a través de la primera turbina.
La bomba de fluido comprime el fluido criogénico a una presión alta de por lo menos 50 bar y más típicamente más de 100 bar.
El dispositivo de generación de electricidad puede comprender además un sobrecalentador para calentar la salida de fluido de trabajo a alta presión desde el evaporador a una temperatura alta usando una fuente de calor de un proceso co-localizado. La fuente de calor co-localizada puede ser del ambiente, de la atmósfera, del agua subterránea, fluvial, marina o lacustre o de una fuente de calor residual, como una central eléctrica o una planta industrial, como acería o un centro de datos, o una fuente similar de calor residual de bajo grado, por ejemplo, agua de refrigeración de una central eléctrica. El sobrecalentador puede colocarse en el sistema entre el evaporador y la primera turbina de expansión.
El flujo combinado de fluido que pasa a través del recalentador se expande a alrededor de la presión ambiental en la segunda turbina de expansión. La segunda turbina de expansión comprende una turbina de baja presión de la que se extrae el trabajo.
El escape dividido de la segunda turbina de expansión de baja presión libera parte del flujo al ambiente a través del primer escape y el resto se circula al evaporador donde el fluido de trabajo de baja presión intercambia energía térmica con el fluido de trabajo criogénico de alta presión. El gas resultante de baja presión y baja temperatura se comprime en el compresor antes de fusionarse con el escape de la primera turbina de expansión de alta presión.
El recalentador recalienta el fluido de trabajo expulsado de la primera turbina de expansión usando una fuente de calor ambiental o residual. La temperatura máxima del ciclo es impulsada por la fuente de calentamiento disponible. Esto puede ser del ambiente, de la atmósfera, del agua subterránea, fluvial, marina o lacustre o de un proceso co-localizado, como una central eléctrica, o una planta industrial, como acerías o un centro de datos, o una fuente similar de calor residual de bajo grado.
El dispositivo puede comprender además una tercera turbina de expansión y un segundo recalentador colocado entre el evaporador y la primera turbina de expansión, y una cuarta turbina de expansión y un tercer recalentador colocado entre el primer recalentador y la segunda turbina de expansión. En este caso, el fluido de trabajo de criógeno calentado se expande a través de dos etapas de alta presión y dos etapas de baja presión y la presión se reduce progresivamente en las cuatro etapas, con recalentamiento entre etapas entre cada etapa de expansión. En este caso, puede colocarse un sobrecalentador entre el evaporador y la tercera turbina de expansión.
El dispositivo puede comprender además un segundo compresor para comprimir la segunda parte del fluido de trabajo después de que haya pasado a través del evaporador por primera vez y dirigir la segunda parte de fluido de trabajo de nuevo a través del evaporador por segunda vez antes de que sea comprimido adicionalmente por el primer compresor. En esta disposición, la segunda parte del fluido de trabajo se enfría primero en el evaporador y luego se comprime mediante el segundo compresor de baja presión antes de volver para un enfriamiento adicional en el evaporador y la compresión en el primer compresor de alta presión. El compresor adicional reduce el trabajo del compresor al utilizar enfriamiento entre etapas.
La etapa, o etapas, de la turbina de alta presión pueden montarse en el mismo eje de potencia que el compresor, o los compresores. Esta disposición tiene la ventaja de tanto una mayor eficiencia como un menor coste, a través de pérdidas de accionamiento reducidas.
Puede usarse un dispositivo de acuerdo con la presente invención como componente de recuperación de energía de un sistema de almacenamiento de energía criogénica.
El dispositivo de la presente invención tiene una relación coste/beneficio mejorada en relación con el conjunto criogénico descrito en la GB1100569.1. Los cálculos de los inventores han indicado que puede lograrse una mejora del 20% o más en un trabajo específico por un aumento de menos del 4% en el coste del equipo. En el mercado de almacenamiento, la reducción significativa en los costes operativos resultante de la eficiencia mejorada de la presente invención será favorable para el modesto aumento en el costo de capital.
La presente invención ofrece una serie de ventajas significativas sobre los dispositivos mostrados en las Figuras 2, 3a y 3b. Las ventajas incluyen:
1. Recuento reducido de piezas y, por lo tanto, coste. Los presentes inventores han calculado que el incremento del coste de la presente invención con respecto al conjunto criogénico de ciclo único de la GB 1100569.1 es inferior al 4%, para una mejora del 20% en la eficiencia. Los diseños mostrados en las Figuras 2, 3a y 3b es probable que incurran en aumentos del coste del 20 al 40% para mejoras de eficacia similares. 2. Manejo de fluidos simplificado. Los ciclos de Rankine y Brayton cerrados requieren ciclos de fluido separados que conducen a una complejidad asociada para prevenir la contaminación cruzada de los fluidos. El sistema de la presente invención no sufre de tal complejidad.
Descripción de los dibujos.
Las realizaciones de la presente invención se describirán ahora con referencia a las figuras en las que:
La Figura 1 muestra la configuración de un conjunto criogénico en relación con fuentes de calor residual co­ localizadas y las opciones de suministro de criógeno desde una planta de separación de aire localizada a distancia;
La Figura 2 muestra un conjunto criogénico con un ciclo de cola Rankine;
La Figura 3a muestra un conjunto criogénico con un ciclo de cola Brayton cerrado;
La Figura 3b muestra un conjunto criogénico con un ciclo de cola Brayton abierto;
La Figura 4 muestra una primera realización de un dispositivo y método de generación de electricidad de la presente invención con dos etapas de turbina;
La Figura 5 muestra un diagrama de entropía de temperatura para la primera realización de la invención mostrada en la Figura 4;
La Figura 6 muestra una segunda realización de un dispositivo y método de generación de electricidad de la presente invención con cuatro etapas de turbina; y
La Figura 7 muestra una tercera realización de un dispositivo y método de generación de electricidad de la presente invención con cuatro etapas de turbina y dos etapas de compresor.
Descripción detallada de la invención
Una primera realización de la presente invención, mostrada en la Figura 4, consiste en un tanque criogénico 400 desde el cual se transfiere un fluido criogénico, o de trabajo, a una bomba de alta presión 410. El fluido criogénico se comprime a una presión alta, de por lo menos 50 bar y más típicamente más de 100 bar. El fluido a alta presión se calienta luego en un intercambiador de calor 420, referido como evaporador, donde la energía térmica se transfiere entre el fluido de trabajo criogénico desde el tanque y el fluido de trabajo a baja presión en un ciclo Brayton del ciclo combinado. El calor adicional se añade opcionalmente desde una fuente de calor residual co­ localizada 480, como el agua de enfriamiento de una central eléctrica, en el sobrecalentador 430. El fluido a alta presión resultante, que ahora está en estado gaseoso si la presión está por debajo de la presión crítica o en estado líquido si las condiciones de temperatura y presión son supercríticas, se expande a través de una primera turbina de alta presión 440, de la que se extrae el trabajo. El escape de la turbina de alta presión se combina con la descarga del compresor de ciclo de ciclo Brayton 470 y se recalienta usando calor ambiental o residual 480 en el recalentador 450. El flujo combinado (buble de Rankine y ciclo de Brayton) se expande a alrededor de la presión ambiental en la turbina de baja presión 460 de la que se extrae el trabajo. Luego, el escape de la turbina se divide, parte del flujo se libera al ambiente a través del escape 490 y el resto se circula al evaporador 420 donde el fluido de trabajo de baja presión intercambia energía térmica con el fluido de trabajo criogénico de alta presión. El flujo en estado estacionario del escape 490 es igual al flujo másico del tanque. La parte del escape que se circula al evaporador 420 es un gas a baja presión y baja temperatura que se comprime en el compresor 470 antes de fusionarse con el escape de la turbina de alta presión 440. El fluido de trabajo en el ciclo de Rankine y el ciclo de Brayton son inherentemente iguales.
El ciclo se representa en un diagrama de temperatura-entropía en la Figura 5, donde los números de estado mostrados en el diagrama de la Figura 5 corresponden a las posiciones numeradas mostradas en los hexágonos en la Figura 4.
En una segunda realización preferida de la invención, mostrada en la Figura 6, se añaden dos etapas de turbina adicionales al proceso para mejorar la recuperación de trabajo del fluido de trabajo. Los inventores han descubierto que se logra un rendimiento significativamente mejorado al expandir el fluido de trabajo de criógeno calentado a través de dos etapas de alta presión 441 y 442 y dos etapas de baja presión 461 y 462 donde la presión se reduce progresivamente en cuatro etapas, con recalentamiento entre etapas entre cada etapa de expansión. De esta manera, el proceso de expansión está más cerca del caso isotérmico ideal. El proceso completo es el siguiente: el fluido de trabajo criogénico se transfiere primero desde un tanque 400 a una bomba de alta presión 410. El fluido ahora a alta presión luego se calienta en un evaporador 420 donde se intercambia energía térmica con un fluido a baja presión en un ciclo Brayton. El fluido de trabajo calentado a alta presión se calienta luego opcionalmente por calor residual o calor ambiental en un sobrecalentador 430. El fluido de trabajo a alta presión y alta temperatura se expande luego en una turbina de alta presión 441, se recalienta en el recalentador 451 y se expande en un turbina de alta presión 442 adicional. El fluido de trabajo se combina luego con alimentación a alta presión del ciclo de Brayton y se calienta en un recalentador 452 adicional. El fluido se expande en una turbina de baja presión 421, luego se recalienta en un recalentador 453 adicional y finalmente se expande en una etapa de turbina de baja presión 462 adicional. El escape de la turbina de baja presión final se divide en un flujo de recirculación y un flujo de escape 490. El flujo de recirculación es enfría primero en el evaporador 420 y luego se comprime en un compresor 470 antes de combinarse con el flujo de fluido de trabajo principal en sentido ascendente en el evaporador 452. Las temperaturas, presiones, y flujos másicos típicos en varios puntos temporales alrededor del ciclo se muestran en la tabla siguiente (Tabla 1) y se refieren a las posiciones numeradas mostradas en los hexágonos en la Figura 6:
Figure imgf000005_0001
(continúa)
Figure imgf000006_0001
Se observa que las condiciones mostradas en la tabla 1 se refieren a un ejemplo de la invención, que funciona a una presión relativamente baja (Entrada de turbina de la etapa 1 de 100 bar), en línea con las presiones de funcionamiento de turbo-maquinaria fácilmente disponible. El análisis realizado por los inventores ha indicado que puede lograrse un mejor rendimiento a presiones de fluido de trabajo de pico más altas si dicho equipo estuviera disponible.
En otra realización mostrada en la Figura 7, se añade una etapa de compresor adicional al sistema para reducir el trabajo del compresor, utilizando enfriamiento entre etapas. El fluido de trabajo del ciclo de Brayton de baja presión se enfría en el evaporador 420 y primero se comprime mediante el compresor de baja presión 472 antes de volver para enfriamiento adicional en el evaporador y compresión en el compresor de alta presión 471. El trabajo del compresor se reduce por este diseño pero a expensas de la complejidad de una etapa del compresor adicional.
En una realización adicional, que no se muestra en las figuras, la etapa de turbina de alta presión 440 o las etapas 441 y 442, están montadas en el mismo eje de potencia que el compresor 470 o los compresores 471 y 472. Los inventores han descubierto que la potencia suministrada por las etapas de la turbina de alta presión coincide casi exactamente con el requisito de potencia del compresor a las condiciones de funcionamiento óptimas. Esta realización tiene la ventaja de una mayor eficiencia y un costo reducido, a través de pérdidas de accionamiento reducidas mediante la eliminación del motor eléctrico conectado al compresor y la reducción de la salida de potencia y, por lo tanto, el tamaño del generador conectado a las turbinas. Aunque la salida del generador se reduce en esta realización, la salida neta del sistema permanece igual que en la realización anterior ya que la carga eléctrica parásita del motor del compresor se elimina accionando directamente el compresor mediante las turbinas de alta presión.

Claims (13)

REIVINDICACIONES
1. Un dispositivo de generación de electricidad que comprende:
un tanque de almacenamiento (400) para almacenar un fluido criogénico,
una bomba de fluido (410) para comprimir fluido criogénico tomado del tanque de almacenamiento a alta presión,
un evaporador (420) para evaporar el fluido criogénico a alta presión, para proporcionar un gas a alta presión, una primera turbina de expansión (440, 442) para expandir el gas a alta presión y extraer el trabajo del gas a alta presión;
un primer recalentador (450, 452) para recalentar el gas extraído de la primera turbina de expansión usando calor ambiental o calor residual;
una segunda turbina de expansión (460, 462) para expandir el fluido de trabajo expulsado del primer recalentador y extraer trabajo del fluido de trabajo expulsado del primer recalentador; en donde
la segunda turbina de expansión tiene una salida de escape que se divide en la primera y la segunda vías de tal manera que el fluido de trabajo expulsado de la segunda turbina de expansión se divide en la primera y la segunda partes, en donde la primera parte de fluido de trabajo se dirige a lo largo de la primera vía al ambiente a través de un primer escape (490), y la segunda parte del fluido de trabajo se dirige a lo largo de la segunda vía a una entrada del evaporador de tal manera que la segunda parte del fluido de trabajo intercambia energía térmica con el fluido criogénico a alta presión dentro del evaporador; y
un primer compresor (470) para comprimir la segunda parte del fluido de trabajo después de que haya pasado a través del evaporador, en donde una salida de escape del compresor está conectada con una salida de escape de la primera turbina de expansión de tal manera que la segunda parte del fluido de trabajo y el gas expulsado de la primera turbina de expansión se combinan y se dirigen al primer recalentador para ser recalentados usando el calor del ambiente o residual.
un generador
en donde por lo menos una de la primera y la segunda turbinas de expansión está configurada para accionar dicho generador para producir electricidad.
2. El dispositivo de la reivindicación 1 en el que la bomba de fluido es para comprimir el fluido criogénico a una presión de por lo menos 50 bar.
3. El dispositivo de cualquier reivindicación anterior, que comprende además un sobrecalentador (430) para calentar el fluido de trabajo de alta presión que sale del evaporador a una temperatura alta usando una fuente de calor de un proceso co-localizado.
4. El dispositivo de la reivindicación 3, en el que la fuente de calor co-localizada es el entorno ambiental, la atmósfera, el agua subterránea, fluvial, marina o lacustre, o el calor residual de una central eléctrica o planta industrial.
5. El dispositivo de cualquier reivindicación anterior, en el que la primera turbina de expansión está montada en el mismo eje de potencia que el primer compresor.
6. El dispositivo de cualquier reivindicación anterior, que comprende además:
una tercera turbina de expansión (441) y un segundo recalentador (451) colocado entre el evaporador y la primera turbina de expansión, y
una cuarta turbina de expansión (461) y un tercer recalentador (453) colocado entre el primer recalentador y la segunda turbina de expansión.
7. El dispositivo de la reivindicación 6, en el que la primera y la tercera turbinas de expansión están montadas en el mismo eje de potencia que el primer compresor.
8. El dispositivo de la reivindicación 7, que comprende además un segundo compresor (472) para comprimir la segunda parte del fluido de trabajo después de que haya pasado a través del evaporador por primera vez y dirigir la segunda parte del fluido de trabajo de nuevo a través del evaporador una segunda vez antes de ser comprimido por el primer compresor, y opcionalmente en el que la primera y la tercera turbinas de expansión están montadas en el mismo eje de potencia que el primer y el segundo compresores.
9. Un sistema de almacenamiento de energía criogénica que tiene un componente de recuperación de energía que comprende el dispositivo de cualquier reivindicación anterior.
10. Un método para generar electricidad que comprende:
almacenar un fluido criogénico en un tanque de almacenamiento (400);
extraer el fluido criogénico del tanque de almacenamiento y comprimir el fluido criogénico a alta presión usando una bomba de fluido (410);
evaporar el fluido criogénico a alta presión en un evaporador (420) para proporcionar un gas a alta presión; expandir el gas a alta presión usando una primera turbina de expansión (440) y extraer el trabajo del gas a alta presión;
recalentar el gas expulsado de la primera turbina de expansión usando un primer recalentador (450) y calentar desde el entorno ambiental o calor residual;
expandir el fluido de trabajo expulsado del primer recalentador y extraer trabajo del fluido de trabajo expulsado del primer recalentador usando una segunda turbina de expansión (460); en donde
la segunda turbina de expansión tiene una salida de escape que se divide en una primera y una segunda vías de tal manera que el fluido de trabajo expulsado de la segunda turbina de expansión se divide en una primera y segunda partes, en donde
la primera parte del fluido de trabajo se dirige a lo largo de la primera vía al ambiente a través de un primer escape (490), y la segunda parte del fluido de trabajo se dirige a lo largo de la segunda vía a una entrada del evaporador de tal manera que la segunda parte del fluido de trabajo intercambia energía térmica con el fluido criogénico a alta presión dentro del evaporador;
usar un primer compresor (470) para comprimir la segunda parte del fluido de trabajo después de que haya pasado a través del evaporador, en donde una salida de escape del compresor está conectada con una salida de escape de la primera turbina de expansión de tal manera que la segunda parte del fluido de trabajo y el gas expulsado de la primera turbina de expansión se combinan y se dirigen al primer recalentador para ser recalentados usando el calor del entorno ambiental o calor residual; y
usar por lo menos una de la primera y la segunda turbinas de expansión para accionar un generador y producir electricidad.
11. El método de la reivindicación 10, que comprende además usar un sobrecalentador (430) y una fuente de calor de un proceso co-localizado para calentar el fluido de trabajo a alta presión que sale del evaporador a una temperatura alta.
12. El método de la reivindicación 10 u 11, que comprende además:
expandir el gas a alta presión usando una tercera turbina de expansión (441);
recalentar el gas expulsado de la tercera turbina de expansión usando un segundo recalentador (451); y expandir el fluido de trabajo expulsado del primer recalentador usando una cuarta turbina de expansión; y recalentar el gas expulsado de la cuarta turbina de expansión usando un tercer recalentador.
13. El método de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, que comprende además usar un segundo compresor para comprimir la segunda parte del fluido de trabajo después de que haya pasado a través del evaporador una primera vez y dirigir la segunda parte del fluido de trabajo de nuevo a través del evaporador una segunda vez antes de que sea comprimido por el primer compresor.
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