ES2968869T3 - Almacenamiento de energía con hidrógeno - Google Patents

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Abstract

Un método de almacenamiento de energía comprende recibir energía de entrada (1) y usar la energía de entrada para comprimir (2) aire u otro gas de proceso para producir un gas de proceso comprimido. El gas de proceso comprimido se almacena (8). El gas de proceso comprimido se expande (16) para generar energía de salida (17). El calor se transfiere (5) desde el gas de proceso, antes de que el gas de proceso se almacene (8) como gas de proceso comprimido, a un proceso de producción de hidrógeno (10). El calor transferido se utiliza en el proceso de producción de hidrógeno (10). El hidrógeno puede almacenarse (13) y usarse posteriormente para calentar y proporcionar calor antes, durante o después de expandir (16) el gas comprimido. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Almacenamiento de energía con hidrógeno
Sector de la técnica
La presente invención se refiere al almacenamiento de energía. En particular, pero no exclusivamente, la invención se refiere al almacenamiento de energía en aire comprimido (CAES) junto con hidrógeno.
El solicitante ha limitado voluntariamente el alcance de la protección en Gran Bretaña a las reivindicaciones 1 y 4 a 15.
Estado de la técnica
El almacenamiento de energía en aire comprimido (CAES) es conocido y se implementó por primera vez a gran escala en Huntorf, Alemania, en 1978. En un sistema de este tipo, la electricidad se convierte en energía de aire comprimido mediante una disposición de compresor. Un motor eléctrico asociado con la disposición de compresor alimenta la disposición de compresor para generar aire comprimido. A continuación, el aire comprimido se almacena, en el caso de Huntorf, en cavernas de sal debajo de la planta. Como tal, el aire comprimido almacenado constituye un almacén de energía. Cuando se necesita electricidad de la planta, se extrae la energía almacenada. En particular, el aire comprimido se extrae de las cavernas y se expande para generar (o ayudar a generar) electricidad, es decir, para el proceso de regeneración eléctrica. En el caso de Huntorf, el proceso de regeneración se logra al mezclar el aire comprimido con gas natural y luego introducir esta mezcla a una turbina de gas y al generador eléctrico asociado para generar electricidad: la incorporación de aire comprimido aumenta la eficacia de la turbina de gas. La turbina de gas es una forma de expansor: la mezcla de gas natural y aire comprimido se quema y luego pasa a través de la turbina y se expande a la presión atmosférica. Por tanto, esta configuración introduce aire comprimido en una central eléctrica de turbina de gas de ciclo abierto: se trata fundamentalmente de una central eléctrica alimentada con gas que se vuelve más eficaz gracias al aire comprimido. Ha habido una implementación parecida desde 1992 en Macintosh, Alabama, Estados Unidos. Es bien conocido el almacenamiento de energía en aire comprimido (CAES) que utiliza metano para calentar el aire durante la expansión.
La compresión del aire en la disposición de compresor es un proceso exotérmico. Se genera una cantidad significativa de calor. En las plantas anteriores, el calor extraído del aire comprimido se desperdicia antes de almacenar el aire comprimido enfriado. La expansión del aire es un proceso endotérmico. Durante la expansión y la generación de electricidad, ambas plantas anteriores calientan el aire mediante la combustión de gas natural.
El proyecto Adele, propuesto en el año 2000 por GE de América y RWE de Alemania, proponía almacenar el calor de compresión mediante el calentamiento de cerámica. Este proyecto recuperaría el calor de la cerámica para calentar el aire durante la expansión y la generación.
Existen algunas iniciativas para utilizar energía renovable para generar hidrógeno mediante electrólisis, que se inyecta en la red de gas o se utiliza para alimentar celdas de combustible; no se utiliza calor extrínseco en el proceso de electrólisis, lo que es por tanto un proceso ineficaz y costoso.
El documento US 2015/300209 A1 describe un aparato de procesamiento de energía que incluye una unidad de entrada de energía, una unidad de almacenamiento de gran capacidad, una unidad auxiliar y una unidad de salida de energía.
Un objetivo de la presente invención es abordar las desventajas asociadas con la técnica anterior.
Compendio de la invención
Las realizaciones de la invención pueden entenderse en referencia a las reivindicaciones adjuntas.
Un aspecto de la presente invención proporciona un procedimiento de almacenamiento de energía según la reivindicación 1.
Por gas de proceso se entiende gas que está sujeto a procesamiento según un proceso. Por tanto, en realizaciones de la presente invención, el gas de proceso es un gas que se comprime para producir un gas de proceso comprimido. El gas de proceso puede ser un gas fácilmente disponible tal como aire o cualquier otro gas adecuado.
La transferencia de calor puede comprender por lo menos uno de: transferir calor del gas de proceso antes de la compresión del gas de proceso; transferir calor del gas de proceso durante la compresión del gas de proceso; transferir calor del gas de proceso después de la compresión del gas de proceso.
La transferencia de calor puede comprender la transferencia directa desde el gas de proceso al proceso de producción de hidrógeno, o puede comprender: transferir calor desde el gas de proceso a un medio de transferencia térmica; y transferir calor desde el medio de transferencia térmica al proceso de producción de hidrógeno.
La transferencia de calor puede comprender transferir calor del gas de proceso al agua para calentar el agua; y el proceso de producción de hidrógeno funciona sobre el agua calentada.
El agua puede proceder de una fuente no purificada o parcialmente purificada tal como, entre otros, el mar, un lago, un río, un acuífero o un proceso tal como, entre otros, la minería de soluciones de una caverna de sal.
Parte o la totalidad del hidrógeno producido mediante el proceso de producción de hidrógeno se puede utilizar en por lo menos una de las siguientes maneras: salida externa del sistema de almacenamiento de energía; salida a un proceso industrial; salida para embotellado; utilizado para formar amoníaco; utilizado en otro proceso químico; utilizado para una o más celdas de combustible.
El procedimiento puede comprender almacenar hidrógeno producido mediante el proceso de producción de hidrógeno.
El proceso de producción de hidrógeno puede producir hidrógeno mediante por lo menos uno de: electrólisis de agua calentada o no calentada; recombinación de vapor; pirólisis; termólisis; reacción termoquímica y/o química; uno o más procesos biológicos; corrosión anaeróbica; serpentinización.
El procedimiento puede comprender almacenar por lo menos parte del hidrógeno producido mediante el proceso de producción de hidrógeno y usar por lo menos parte del hidrógeno almacenado para proporcionar calor antes, durante o después de expandir el gas comprimido.
El procedimiento puede utilizar por lo menos parte del hidrógeno almacenado mediante la combustión del hidrógeno.
El procedimiento puede utilizar por lo menos parte del hidrógeno almacenado mediante una reacción química exotérmica o una secuencia o combinación de reacciones químicas que utilizan el hidrógeno.
El proceso de producción de hidrógeno también puede generar oxígeno. El procedimiento puede comprender además almacenar por lo menos parte del oxígeno producido por el proceso de producción de hidrógeno. El procedimiento puede comprender además usar por lo menos parte del oxígeno almacenado para proporcionar calor antes, durante o después de expandir el gas comprimido. Parte o la totalidad del oxígeno también puede destinarse a otros usos.
El procedimiento puede comprender transferir calor del gas de proceso, antes de que el gas de proceso se almacene como gas de proceso comprimido, a un almacén térmico y usar calor en el almacén térmico para precalentar el hidrógeno y/u el oxígeno.
El proceso de producción de hidrógeno puede producir hidrógeno y oxígeno. Por lo menos parte del hidrógeno almacenado se puede utilizar en una celda de combustible u otra reacción química para generar electricidad y/o calor; y alimentar un calentador con la electricidad generada para proporcionar calor antes, durante o después de expandir el gas comprimido.
El proceso de producción de hidrógeno puede producir hidrógeno y oxígeno. El procedimiento puede comprender utilizar hidrógeno y oxígeno en una celda de combustible para generar electricidad de salida. El procedimiento puede comprender utilizar el hidrógeno y el oxígeno producidos a partir de una fuente externa (p. ej., el aire) en una celda de combustible para generar electricidad.
El proceso de producción de hidrógeno puede producir hidrógeno y oxígeno. Por lo menos parte del hidrógeno almacenado puede quemarse para proporcionar calor antes, durante o después de expandir el gas comprimido.
El procedimiento puede comprender transferir calor desde el gas de proceso, antes de que el gas de proceso se almacene como gas de proceso comprimido, a un almacén térmico y transferir calor desde el almacén térmico al gas de proceso antes, durante o después de la expansión del gas comprimido.
El hidrógeno puede almacenarse en uno o más de: una caverna subterránea; un pozo de hidrocarburos total o parcialmente agotado; un acuífero; una característica subterránea natural o artificial; un artefacto artificial, tal como un cilindro; un sólido tal como, entre otros, uno o más de hidruros metálicos, grafeno y carbón activado.
El gas de proceso puede ser aire.
Parte o toda la energía de entrada puede ser electricidad de una red y/o de una o más fuentes intermitentes y/o de una fuente renovable y/o de fuentes tradicionales.
La energía de salida puede ser electricidad.
Otro aspecto de la presente invención proporciona un sistema de almacenamiento de energía según la reivindicación 14.
El aparato de transferencia de calor puede configurarse para transferir calor desde el gas de proceso a un medio de transferencia térmica y para transferir calor desde el medio de transferencia térmica al aparato de producción de hidrógeno.
El aparato de transferencia de calor puede configurarse para transferir calor del gas de proceso al agua con el fin de calentar el agua, y el aparato de producción de hidrógeno está configurado para funcionar con el agua calentada.
El aparato de producción de hidrógeno puede configurarse para realizar electrólisis en el agua calentada.
El sistema puede comprender una salida de hidrógeno configurada para enviar el hidrógeno producido por el aparato de producción de hidrógeno a un almacén de hidrógeno.
El sistema puede configurarse para utilizar por lo menos parte del hidrógeno almacenado para proporcionar calor antes, durante o después de la expansión del gas comprimido.
El sistema puede comprender una cámara de combustión configurada para quemar por lo menos parte del hidrógeno almacenado para proporcionar por lo menos algo de calor requerido antes, durante o después de expandir el gas de proceso comprimido.
El aparato de producción de hidrógeno puede configurarse para producir hidrógeno y oxígeno, comprendiendo además el sistema: una salida de oxígeno para enviar oxígeno a un almacén de oxígeno; una entrada de oxígeno para recibir oxígeno desde el almacén de oxígeno; y la cámara de combustión está configurada para quemar por lo menos parte del oxígeno almacenado para la combustión para proporcionar calor antes, durante o después de expandir el gas comprimido.
El sistema puede comprender un almacén térmico y en el que el aparato de transferencia de calor puede configurarse para transferir por lo menos parte del calor del gas de proceso, antes de que el gas de proceso se almacene como gas de proceso comprimido, al almacén térmico.
El sistema puede comprender un segundo aparato de transferencia de calor configurado para transferir calor desde el almacén térmico al gas de proceso antes, durante o después de expandir el gas de proceso comprimido.
El proceso de producción de hidrógeno puede configurarse para producir hidrógeno y oxígeno y el segundo aparato de transferencia de calor puede configurarse para transferir calor desde el almacén térmico para precalentar el hidrógeno y/u oxígeno antes de la combustión.
El aparato de producción de hidrógeno puede configurarse para producir hidrógeno y oxígeno, y el sistema puede comprender: una celda de combustible configurada para utilizar el hidrógeno y el oxígeno para generar electricidad; y un calentador configurado para utilizar la electricidad generada para proporcionar calor antes, durante o después de expandir el gas comprimido.
El aparato de producción de hidrógeno puede configurarse para producir hidrógeno y oxígeno, y el sistema puede comprender una celda de combustible que está configurada para utilizar el hidrógeno y el oxígeno para generar electricidad de salida, o una cámara de combustión que está configurada para quemar hidrógeno en forma pura o en forma de mezcla con uno o más gases diferentes.
Una ventaja de por lo menos un aspecto es proporcionar un uso del calor en el lado de entrada/compresión del sistema de almacenamiento de energía para aumentar la eficacia de la producción de hidrógeno. Posteriormente, el hidrógeno puede quemarse para calentar el gas de proceso durante el lado de salida/expansión del sistema de almacenamiento de energía, o puede utilizarse en otro lugar.
Existen algunas iniciativas para utilizar energía renovable para generar hidrógeno mediante electrólisis, que se inyecta en la red de gas o se utiliza para alimentar celdas de combustible. Se ha de entender que en algunas realizaciones de la presente invención, el calor generado en el lado de entrada/compresión puede utilizarse para calentar el agua utilizada en el proceso de electrólisis para aumentar la eficacia del proceso.
El almacenamiento de energía, en particular de energía eléctrica procedente de fuentes intermitentes, constituye un gran desafío. Muchos sistemas de batería, volante de inercia, térmicos y otros lo hacen a pequeña escala. El almacenamiento de dicha energía mediante la producción de hidrógeno permitiría almacenar cualquier volumen de energía en cualquier momento, para su uso en cualquier momento, lo que, por lo tanto, hace que la producción y el almacenamiento de hidrógeno sean un medio muy deseable de almacenar energía.
La producción y el almacenamiento de hidrógeno por sí solos aún no se han desarrollado a escalas y eficacias adecuadas para los sistemas de almacenamiento a escala de red. Por lo tanto, al combinarlo con CAES ofrece el potencial de sistemas de almacenamiento de muy gran tamaño y altas eficacias.
El proceso de producción de hidrógeno, tal como la electrólisis, el reformado con vapor y la termólisis, y también potencialmente incluyendo procesos de producción termoquímicos, biológicos y otros, se vuelven más eficaces cuando se aumentan sus temperaturas de funcionamiento.
La incorporación de determinados iones minerales al agua puede catalizar el proceso de electrólisis, especialmente de cationes con menor potencial de electrodo que el ion de hidrógeno, incluidos el sodio y el potasio. Estos se pueden disolver en agua en forma de sal o también se puede utilizar salmuera, por ejemplo, agua de mar o salmuera procedente de la minería de soluciones de cavernas de sal.
Un sistema de almacenamiento de energía está integrado con una, o ambas, producción de hidrógeno en relación con el ciclo de compresión del sistema de almacenamiento de energía y la combustión de hidrógeno en relación con el ciclo de expansión del sistema de almacenamiento de energía.
En el caso de la producción de hidrógeno, en relación con el ciclo de compresión del sistema de almacenamiento de energía, una parte de la energía suministrada a la planta, por ejemplo, procedente de una fuente de potencia renovable, se utiliza para comprimir el aire. Otra parte de dicha potencia se utiliza para producir hidrógeno.
Dicho hidrógeno producido puede almacenarse para su uso posterior dentro del sistema y/o extraerse para otros fines, tales como, entre otros, inyectarlo en un gasoducto o sistema, o venderlo como gas envasado. Si se inyecta en un gasoducto o sistema, dicho gasoducto o sistema puede configurarse para transportar hidrógeno total, principal o parcialmente; si es principal o parcialmente, dicho hidrógeno puede mezclarse con otro gas dentro del gasoducto o sistema.
Opcionalmente, dicho hidrógeno puede derivar total o parcialmente de otras fuentes.
El calor de compresión se extrae opcionalmente del aire durante la compresión utilizando un intercambiador de calor, que puede estar integrado con el medio de compresión o separado de dicho medio. Esto se puede hacer opcionalmente en una o en múltiples etapas. Opcionalmente se pueden utilizar medios de transferencia térmica adicionales, de cualquier tipo (de los cuales existen muchos que son bien conocidos), para transferir calor desde el intercambiador de calor a los medios de producción de hidrógeno.
Todo o parte del calor de compresión puede utilizarse opcionalmente para aumentar la eficacia de uno o más procesos de producción de hidrógeno. Dichos procesos pueden incluir, entre otros, procesos de electrólisis, reformado con vapor, termólisis, termoquímicos, biológicos y otros procesos de producción.
Se prevé que pueda quedar una cantidad significativa de calor después de catalizar la producción de hidrógeno. Dicho calor residual puede opcionalmente almacenarse para su uso posterior en el precalentamiento del aire y/o del hidrógeno y/u otros gases y/o cualquier otro elemento del sistema durante la fase de expansión.
Opcionalmente, parte o todo el calor de compresión y/o el calor residual después de la catálisis de producción de hidrógeno se pueden usar para otros fines, tales como, entre otros, calefacción urbana o industrial, generación de electricidad y catálisis de procesos. Dicho uso del calor para otros fines puede realizarse junto con el uso del calor de combustión para ayudar al proceso de electrólisis.
En el caso de la combustión de hidrógeno en relación con el ciclo de expansión del sistema de almacenamiento de energía, el hidrógeno puede quemarse para calentar el aire antes, durante o después de la expansión. Puede ser hidrógeno puro o diluido, por ejemplo, con vapor o aire para controlar la temperatura de combustión. Puede quemarse en una o múltiples etapas. La combustión de hidrógeno puede tener lugar dentro de una cámara de combustión, dentro de una turbina de gas o en alguna otra configuración. El hidrógeno puede mezclarse opcionalmente con uno o más gases antes o durante la combustión, tales como, entre otros, oxígeno, uno o más gases de hidrocarburos, vapor y/o aire.
En algunas realizaciones, parte o todo el hidrógeno y/u oxígeno producido mediante este proceso se puede utilizar para otros fines.
Opcionalmente, se puede alimentar calor a la planta independientemente de la electricidad, por ejemplo, de una fuente geotérmica, de potencia solar térmica o de un proceso industrial; se pueden utilizar otras fuentes de calor.
El calor requerido durante la expansión puede generarse mediante la combustión de hidrógeno, preferiblemente del hidrógeno almacenado durante la fase de compresión del proceso.
El hidrógeno que se quema durante la fase de expansión puede ser hidrógeno puro o puede mezclarse con otra sustancia tal como, entre otras, aire, nitrógeno, vapor, metano, biometano o cualquier forma de gas de síntesis.
Durante la combustión se produce agua y/o vapor. Dicha agua producida mediante este proceso puede utilizarse para otros fines, tales como, entre otros, agua potable y agua de proceso para aplicaciones industriales.
Se ha de observar que dicha agua producida puede ser pura, destilada y/o desmineralizada. Dicha agua podrá tratarse antes de su uso posterior.
Opcionalmente, parte de la absorción de calor durante la expansión se puede utilizar para otros fines, tales como, entre otros, refrigeración, aire acondicionado, conservación y aplicaciones criogénicas.
Como es posible que el proceso de producción de hidrógeno catalizado no consuma todo el calor de la compresión, es posible que quede algo de calor (a temperaturas significativamente superiores a la ambiental) en los medios de transferencia.
Para evitar dudas, se ha de entender que las características descritas con respecto a un aspecto de la invención pueden incluirse dentro de cualquier otro aspecto de la invención, solas o en la combinación apropiada con una o más características diferentes.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, se describirán una o más realizaciones de la invención, solo a modo de ejemplo, en referencia a las figuras adjuntas en las que:
la figura 1 muestra una disposición general de un sistema CAES con producción de hidrógeno, almacenamiento de hidrógeno y combustión de hidrógeno;
la figura 2 muestra algunas alternativas de transferencia de calor al proceso de producción de hidrógeno;
la figura 3 muestra algunas entradas y salidas opcionales del sistema de la figura 1, y también muestra el almacenamiento y utilización de oxígeno;
la figura 4A muestra un sistema de ejemplo con hidrógeno y oxígeno almacenados y una celda de combustible que proporciona salida eléctrica;
la figura 4B muestra un sistema de ejemplo con hidrógeno y oxígeno almacenados y una celda de combustible que proporciona salida eléctrica a un calentador;
la figura 5 muestra el sistema de la figura 1 integrado con almacenamiento térmico;
la figura 6 muestra algunos ejemplos posibles del uso del calor de compresión;
la figura 7 muestra un sistema CAES con producción de hidrógeno usando calor transferido desde el lado de entrada/compresión del sistema CAES;
la figura 8 muestra un sistema CAES que utiliza hidrógeno para proporcionar calor en el lado de salida/expansión del sistema CAES.
Descripción detallada
La figura 1 representa una disposición general de un sistema de almacenamiento de energía. Típicamente, esto se denomina sistema de almacenamiento de energía en aire comprimido (CAES). El gas de proceso utilizado en el sistema puede ser aire (p. ej., aire atmosférico) o un gas de proceso diferente. El sistema puede almacenar energía 1 de entrada en forma de gas de proceso comprimido en el almacén 8, hasta que sea necesario para generar energía 17 de salida. El sistema comprende una disposición 2 de compresor, una disposición 16 de expansor y un almacén 8 de gas comprimido ubicado entre la disposición 2 de compresor y la disposición 16 de expansor. La disposición 2 de compresor comprende una entrada 3 de gas y una salida 4 de gas comprimido. Durante una fase de compresión del sistema, la electricidad 1 se introduce en la disposición 2 de compresor. La electricidad 1 alimenta la disposición 2 de compresor para comprimir el aire de entrada recibido a través de la entrada 3 de gas para producir aire comprimido que sale desde la salida 4 de gas comprimido. Típicamente, el gas será aire atmosférico.
El sistema de la figura 1 también comprende un aparato 10 de producción de hidrógeno. Un aparato 5 de transferencia de calor está configurado para transferir calor desde el gas de proceso del sistema CAES al aparato 10 de producción de hidrógeno. En un sistema de ejemplo, el aparato 10 de producción de hidrógeno está configurado para generar hidrógeno, H<2>, del agua.
Cuando el gas se comprime, se calienta. Un primer intercambiador 5A de calor está configurado para extraer calor del gas, emitiendo gas comprimido enfriado a lo largo de una ruta 7 hasta el almacén 8. El almacén 8 puede ser una estructura natural, tal como una caverna subterránea (p. ej., una caverna de sal), un pozo (p. ej., un pozo de hidrocarburos) o una estructura artificial, tal como un recipiente con capacidad de retener un gas de proceso comprimido. Un motivo para eliminar el calor del gas antes del almacenamiento es porque puede haber un límite de temperatura máxima para el gas almacenado en el almacén 8, tal como una caverna natural, un pozo, un acuífero u otro almacén.
La figura 1 muestra esquemáticamente un intercambiador 5A de calor situado más abajo de la disposición 2 de compresor. En un ejemplo alternativo, el intercambiador 5A de calor puede ubicarse junto con la disposición 2 de compresor. En un ejemplo alternativo, la disposición 2 de compresor puede comprender una pluralidad de etapas del compresor. Un intercambiador 5A de calor puede estar ubicado entre las etapas del compresor, o ubicado junto con una de las etapas del compresor. Puede haber múltiples intercambiadores 5A de calor para las múltiples etapas del compresor, p. ej., un intercambiador de calor por etapa de compresor. En un ejemplo alternativo, el intercambiador 5A de calor puede estar situado más arriba de la disposición 2 de compresor, es decir, antes de la disposición 2 de compresor. Esto tiene el efecto de enfriar el gas de proceso antes de la compresión. Los intercambiadores de calor pueden estar ubicados en múltiples ubicaciones, p. ej., tanto situados más arriba de la disposición 2 de compresor como más abajo de la disposición 2 de compresor.
En la figura 1, el primer intercambiador 5A de calor tiene una entrada 6 del medio de transferencia térmica y una salida 9 del medio de transferencia térmica. El medio de transferencia térmica puede ser, por ejemplo, agua. Opcionalmente, el agua puede ser agua no purificada y/o agua de mar. En funcionamiento, el medio de transferencia térmica (p. ej., agua) fluye hacia el primer intercambiador 5A de calor a través de la entrada 6, el primer intercambiador 5A de calor transfiere calor del gas comprimido al medio de transferencia térmica. El medio de transferencia térmica (p. ej., agua) que fluye desde la salida 9 se calienta en comparación con el medio de transferencia térmica que fluye hacia la entrada 6, es decir, el medio de transferencia térmica (p. ej., agua) que fluye desde la salida 9 está a una temperatura más alta que el medio de transferencia térmica (p. ej., agua) que fluye hacia la entrada 6.
Convenientemente, el agua utilizada para la producción de hidrógeno puede ser el medio de transferencia que se ha calentado mediante el primer intercambiador 5A de calor. El aparato 10 de producción de hidrógeno puede configurarse para recibir el medio de transferencia térmica calentado (p. ej., agua calentada) ya sea a lo largo de la ruta 9 o directamente como se representa en la disposición 5 opcional.
También se puede introducir electricidad 11 en un aparato 10 de producción de hidrógeno, junto con agua y calor 9, para producir oxígeno O<2>e hidrógeno H<2>. El oxígeno generado por el proceso puede opcionalmente ventilarse a la atmósfera y/o salir por medio de una o más rutas de salida 14 para otros fines. Los posibles usos del oxígeno incluyen, entre otros: embotellado, inyección en un gasoducto o sistema, o uso como gas de proceso. La ruta 14 de salida también puede eliminar otros desechos o productos del proceso de producción de hidrógeno, tales como, entre otros, agua sin procesar, impurezas, organismos biológicos o catalizadores muertos o agotados y otros líquidos o gases producidos.
La disposición 10 de producción 10 de hidrógeno puede configurarse para producir hidrógeno mediante uno o más de los siguientes:
• Electrólisis del agua: la descomposición del agua (H<2>O) en oxígeno (O<2>) y gas de hidrógeno (H<2>) debido al paso de una corriente eléctrica a través del agua (entrada de agua, salida de hidrógeno y oxígeno).
• Recombinación de vapor: un procedimiento y un sistema para la recombinación catalítica de hidrógeno, que es transportado en un flujo de gas, con oxígeno, hace pasar el flujo de gas a través de una zona de reacción con varios elementos del convertidor catalítico, y se añade vapor al flujo de gas antes de entrar en la zona de reacción (entrada de agua, salida de hidrógeno y oxígeno).
• Pirólisis: la descomposición termoquímica de material orgánico a temperaturas elevadas en ausencia de oxígeno (o cualquier halógeno) (salida de hidrógeno).
• Termólisis: reacción química mediante la cual una sustancia química se descompone en por lo menos dos sustancias químicas cuando se calienta. A temperaturas elevadas, las moléculas de agua se dividen en sus componentes atómicos, hidrógeno y oxígeno (entrada de agua, salida de hidrógeno y oxígeno).
• Reacción termoquímica y/o química: una variedad de materiales reacciona con agua o ácidos para liberar hidrógeno (entrada de agua, salida de hidrógeno).
• Procesos biológicos: las algas producen hidrógeno en determinadas condiciones. Si las algas son privadas de azufre, pasarán de la producción de oxígeno, como en la fotosíntesis normal, a la producción de hidrógeno (salida de hidrógeno).
• Corrosión anaeróbica: la corrosión por hidrógeno es una forma de corrosión de metales que se produce en presencia de agua anóxica. La corrosión por hidrógeno implica una reacción redox que reduce los iones de hidrógeno, formando hidrógeno molecular (entrada de agua, salida de hidrógeno).
• Serpentinización: producción de hidrógeno mediante la oxidación anaeróbica de iones ferrosos de la fayalita (entrada de agua y salida de hidrógeno).
Si el procedimiento de producción de hidrógeno no implica la división del agua en hidrógeno y oxígeno, por ejemplo, mediante un proceso biológico o una vía química alternativa, entonces no hay necesidad de eliminar el oxígeno. Puede seguir existiendo la necesidad de eliminar otros gases, productos, contaminantes, organismos biológicos o catalizadores muertos o agotados y/o desechos del proceso por medio de una o más rutas 14 de salida configuradas apropiadamente.
En la figura 1, el hidrógeno generado por el aparato 10 de producción de hidrógeno puede almacenarse 13 para su uso posterior dentro del sistema de almacenamiento de energía, tal como para calentar gas en la etapa de expansión del proceso. Otros usos posibles para el hidrógeno generado por el aparato 10 de producción de hidrógeno incluyen, entre otros: embotellado, inyección en un gasoducto o sistema, o uso como gas de proceso.
Si el agua es impura y/o agua de mar, entonces se pueden incorporar uno o más medios para eliminar contaminantes, sal y/u otros subproductos (no se muestran). Ejemplos de agua impura que se pueden utilizar incluyen, entre otros, mar, río, lago, acuífero, aguas residuales y de lluvia, y aguas residuales líquidas. Opcionalmente, dichos contaminantes, sales u otros subproductos se pueden utilizar para otros fines.
Durante una fase de expansión y/o generación del sistema, se libera gas desde el almacén 8 de gas comprimido y se envía a lo largo de la ruta 15 a una disposición 16 de expansor. La disposición 16 de expansor está asociada con un transductor 16a. El transductor 16a convierte la energía cinética de la expansión del gas comprimido en la disposición 16 de expansor en otra forma de energía 17 útil. Por ejemplo, el transductor 16a puede ser una disposición de generador eléctrico que convierte la energía cinética de la expansión del gas comprimido en energía 17 eléctrica. Para mencionar otro ejemplo, el transductor 16a puede ser una turbina de gas con o sin su(s) elemento(s) de combustión. Sin embargo, se apreciará que en otras realizaciones el transductor puede ser de cualquier tipo apropiado que convierta la energía cinética de la expansión del gas comprimido en cualquier tipo apropiado de energía útil. El aire expandido que ha pasado a través del dispositivo expansor sale a la atmósfera por medio de una salida 18 del expansor.
La figura 1 también muestra un ejemplo de cómo se puede utilizar el hidrógeno durante la fase de expansión y/o generación del sistema. Se aplica hidrógeno a una cámara de combustión 16b. El hidrógeno puede ser suministrado por el almacén 13 de hidrógeno. Aunque la cámara de combustión 16b se muestra esquemáticamente en la figura 1 como una unidad separada, se puede incorporar con la disposición 16 de expansor y/o el generador 16a, por ejemplo, como parte de un generador de turbina de gas. Como producto de la combustión se produce 20 agua y/o vapor.
Una ventaja del sistema de la figura 1 es reducir, o evitar, la necesidad de proporcionar energía adicional para calentar el aire en el lado de salida/expansión del sistema, o la necesidad de un gran almacén térmico para almacenar calor desde el lado de entrada/compresión del sistema hasta que sea necesario en el lado de salida/expansión del sistema.
En cambio, el calor del lado de entrada/compresión del sistema se usa para ayudar a la producción de hidrógeno que posteriormente puede utilizarse (p. ej., quemarse) para proporcionar calor en el lado de salida/expansión del sistema. Un sistema de la figura 1 puede evitar la necesidad de quemar hidrocarburos si la energía 1, 11 de entrada procede de una fuente renovable.
La figura 2 muestra una disposición alternativa a la figura 1, donde el medio de transferencia térmica del primer intercambiador 5A de calor funciona en un circuito cerrado. El medio de transferencia térmica puede ser agua o cualquier otro fluido de transferencia térmica adecuado. Este bucle del medio de transferencia térmica puede incorporar almacenamiento (no se muestra) de fluido de transferencia térmica caliente y/o frío, donde "caliente" representa cualquier temperatura más caliente que "fría". Opcionalmente, también se puede usar calor excedente (no se muestra) para calentar el gas de proceso que sale del almacenamiento de gas de proceso 15 antes, durante o después de la expansión; esta disposición también puede incorporar almacenamiento de fluido de transferencia térmica caliente y/o frío, donde "caliente" representa cualquier temperatura más caliente que "fría". El aparato 10 de producción de hidrógeno tiene una entrada 43 para recibir agua. Como se describe anteriormente, el aparato 10 de producción de hidrógeno recibe agua y produce hidrógeno y opcionalmente uno o más de oxígeno, otros gases, productos, contaminantes, organismos biológicos o catalizadores muertos o agotados y/o desechos del proceso. El aparato 10 de producción de hidrógeno recibe una entrada de calor desde el primer intercambiador 5A de calor, por medio de la ruta 42 del medio de transferencia térmica. El medio de transferencia térmica puede funcionar opcionalmente en una ruta de circuito cerrado, como se muestra con la ruta 42 de circuito cerrado en la figura 2.
La figura 3 representa el sistema de la figura 1, con ejemplos de características adicionales que se representan en el diagrama. Dichas características adicionales incluyen entradas al sistema, capacidades y funciones del sistema y salidas del sistema. Los números de referencia correspondientes indican características parecidas a las de la figura 1.
La electricidad 1, 11 puede proporcionarse mediante cualquier fuente 21. Las posibles fuentes incluyen una o más de: turbinas eólicas, potencia solar, carrera de mareas, amplitud de mareas, central eléctrica alimentada con carbón, central eléctrica alimentada con gas de ciclo abierto o cerrado (OCGT, CCGT), central nuclear y una red eléctrica. Otras posibles fuentes incluyen: hidroeléctrica, geotérmica, etc.
En un ejemplo, una planta CAES del tipo descrito en la presente memoria puede integrarse con una fuente de energía renovable intermitente, tal como un panel solar o un parque eólico, para producir electricidad despachable o de carga base según sea necesario.
Una fuente de agua 22 que se suministra 6 al aparato 10 de producción de hidrógeno puede ser: agua sucia tal como, entre otras, aguas residuales; agua no purificada como, entre otras, agua de río, agua de lluvia o agua subterránea; o agua salina tal como, entre otras, agua de mar, salmuera de una caverna de sal o agua de un acuífero salino; o agua de cualquier otra fuente adecuada.
La salida 17 de electricidad del sistema puede proporcionar potencia a uno o más de una red eléctrica, uno o más clientes principales, un interconector o cualquier otro destino 23.
En el ejemplo representado en la figura 3, el oxígeno que sale 14 del aparato 10 de producción de hidrógeno puede almacenarse en un almacén 24. Opcionalmente, se puede extraer oxígeno del almacén 24 a la disposición 16 de expansor para ayudar a la combustión durante el ciclo de expansión/generación.
La figura 4A muestra un ejemplo alternativo a la figura 3. Una celda 35 de combustible recibe una entrada de hidrógeno desde el almacén 13 de hidrógeno y una entrada de oxígeno desde el almacén 24 de oxígeno. La celda de combustible se puede utilizar para generar una salida 36 eléctrica al combinar el hidrógeno y el oxígeno. Opcionalmente, parte del hidrógeno y/u oxígeno se puede alimentar al aparato para generar electricidad a partir de aire comprimido, como se describe anteriormente.
La figura 4B muestra otro ejemplo alternativo a la figura 3. Una celda 35 de combustible recibe una entrada de hidrógeno desde el almacén 13 de hidrógeno y una entrada de oxígeno desde el almacén 24 de oxígeno. La celda de combustible puede utilizarse para generar una salida 38 eléctrica al combinar el hidrógeno y el oxígeno; de forma alternativa, puede obtener el oxígeno necesario del aire. La entrada eléctrica se suministra a un calentador 16c eléctrico El calentador está configurado para utilizar la electricidad generada para proporcionar calor antes, durante o después de la expansión del gas comprimido. El calentador 16c puede utilizarse en lugar de la cámara de combustión 16b que se muestra en las figuras anteriores, o el calentador 16c puede estar en combinación con la cámara de combustión 16b que se muestra en las figuras anteriores.
Son posibles otros procedimientos en los que se utiliza hidrógeno y/u oxígeno para ayudar a la generación de electricidad a partir de aire comprimido. Asimismo, son posibles otras aplicaciones para cualquiera o todos entre el hidrógeno, oxígeno, otros gases, productos, contaminantes, organismos biológicos o catalizadores muertos o agotados y/o desechos del proceso.
La figura 5 representa el sistema de la figura 1, integrado con almacenamiento térmico. Los números de referencia correspondientes indican características parecidas a las de las figuras anteriores. La figura 5 ilustra uno de los muchos sistemas posibles en los que tanto el hidrógeno como el calor se almacenan y reutilizan dentro del sistema CAES.
En este ejemplo particular del sistema, no todo el calor del medio de transferencia térmica se consume por el aparato 10 de producción de hidrógeno. Durante la fase de compresión de funcionamiento del sistema, una salida de agua 26 caliente (es decir, más caliente que la temperatura ambiente) del aparato 10 de producción de hidrógeno se almacena en un almacén 27 térmico para su uso posterior. Por motivos de sencillez, la figura 5 representa una realización en la que otros usos del oxígeno, de otros gases, de productos, de contaminantes, de organismos biológicos o catalizadores muertos o agotados y/o de desechos del proceso se ignoran o eliminan; en otras realizaciones, cualquiera o todos ellos pueden almacenarse y/o usarse, como se describe anteriormente.
Durante la fase de expansión/generación de funcionamiento del sistema, parte o toda el agua caliente almacenada puede salir 28 desde el almacén 27 térmico a un segundo intercambiador 29 de calor ubicado en una ruta 19 de suministro de hidrógeno a la cámara de combustión/generador 16. El segundo intercambiador 29 de calor está configurado para precalentar el hidrógeno antes de la combustión 16. En el sistema de ejemplo de la figura 5, el segundo intercambiador 29 de calor está ubicado en la ruta 19 de suministro de hidrógeno entre el almacén 13 de hidrógeno y la cámara de combustión/generador 16. El medio de transferencia térmica enfriado (p. ej., agua) sale 30 del segundo intercambiador de calor.
De forma alternativa o adicional, al segundo intercambiador 29 de calor, parte o todo el medio de transferencia térmica almacenado (p. ej., agua caliente) puede suministrarse a un tercer intercambiador 32 de calor que está configurado para precalentar el aire comprimido antes de la combustión 16. El agua enfriada residual 33 se elimina, ya sea para su eliminación o para otros usos. En el ejemplo de la figura 5, el tercer intercambiador 32 de calor está ubicado entre el almacén 8 de gas comprimido y el expansor/generador 16.
En otro ejemplo del sistema, de forma alternativa o adicional parte o toda el agua caliente almacenada puede alimentarse a un cuarto intercambiador 37 de calor que está configurado para precalentar el oxígeno (no se muestra, para mayor claridad) antes de la combustión. En el sistema de ejemplo de la figura 5, el cuarto intercambiador 37 de calor está ubicado en la ruta 25 de suministro de oxígeno (como se muestra en la figura 4A) entre el almacén 24 de oxígeno y la cámara de combustión/generador 16. El medio de transferencia térmica enfriado (p. ej., agua) sale 30 del cuarto intercambiador 37 de calor. El agua residual enfriada se elimina, ya sea para su eliminación o para otros usos.
En otros ejemplos en los que CAES está integrado tanto con la producción de hidrógeno como con el almacenamiento de calor, el calor se puede transferir a un almacenamiento térmico directamente (p. ej., por medio de conducción), o indirectamente por medio de un medio de almacenamiento térmico, o mediante un medio de transferencia térmica diferente, por conducción a través de un sólido, por yuxtaposición de aparatos o por cualquier otro medio. Asimismo, el calor se puede transferir fuera de un almacén térmico directamente (p. ej., mediante conducción), o indirectamente por medio de un medio de almacenamiento térmico, o por un medio de transferencia térmica diferente, por conducción a través de un sólido, por yuxtaposición de aparatos o por cualquier otro medio. Se puede utilizar cualquier tipo adecuado de medio de almacenamiento térmico.
En otros ejemplos en los que CAES está integrado tanto con la producción de hidrógeno como con el almacenamiento de calor, el calor puede transferirse desde el almacén térmico directamente, o por medio de un medio de almacenamiento térmico, o por un medio de transferencia térmica diferente, por conducción a través de un sólido, por yuxtaposición de aparatos o por cualquier otro medio. Dicho calor puede extraerse de los medios de almacenamiento térmico para proporcionar calentamiento a cualquier parte del sistema o a cualquier fluido dentro del sistema o a cualquier fluido que entre al sistema durante la fase de expansión.
La figura 6 muestra un sistema correspondiente a la figura 1, que muestra algunas otras formas posibles en las que se puede utilizar parte del calor de compresión. Se puede suministrar un medio de transferencia de calor (p. ej., agua) por medio de una salida 51 desde la ruta 9 de salida entre el intercambiador 5A de calor y el aparato 10 de producción de hidrógeno. De forma adicional o alternativa, se pueden proporcionar una o más rutas 50 de transferencia de calor adicionales que reciben calor directa o indirectamente desde el intercambiador 5A de calor. Los posibles usos del calor de compresión incluyen calefacción doméstica o comercial, redes de calor, calefacción urbana, etc. De forma alternativa, parte del fluido 9 caliente puede utilizarse para otros usos que incluyen calefacción doméstica o comercial, redes de calefacción, calefacción urbana, etc. De forma alternativa, parte o la totalidad del fluido 26 caliente (como se muestra en la figura 5) puede utilizarse para otros usos que incluyen calefacción doméstica o comercial, redes de calefacción, calefacción urbana, etc.
Los ejemplos mostrados en las figuras 1 a 6 muestran cómo se puede usar el calor en la etapa de compresión del proceso CAES para ayudar a la producción 10 de hidrógeno, y también muestra cómo se puede usar el hidrógeno generado para ayudar a calentar aire u otro gas de proceso en la etapa de expansión del proceso CAES.
La figura 7 muestra un ejemplo de un sistema CAES donde el calor de compresión en la etapa 2 de compresión del proceso CAES se utiliza para ayudar a la producción 10 de hidrógeno. El hidrógeno no se utiliza para ayudar a calentar el gas en la etapa 16 de expansión del proceso CAES. Lo mismo se aplica a cualquier salida de oxígeno, otros gases, productos, contaminantes, organismos biológicos o catalizadores muertos o agotados y/o desechos del proceso. El calor se puede obtener de otras maneras para ayudar con el calentamiento en la etapa de expansión. Por ejemplo, el calor se puede extraer de la atmósfera circundante, de una bomba de calor subterránea, de edificios de aire acondicionado o de un entorno.
Otros ejemplos de un sistema en el que CAES está integrado tanto con la producción de hidrógeno como con el almacenamiento de calor incluyen ejemplos en los que parte o todo el hidrógeno se utiliza para fines distintos del almacenamiento y la combustión dentro del proceso CAES.
La figura 8 muestra un ejemplo de un sistema CAES en el que se utiliza hidrógeno para ayudar a calentar el gas en la etapa 16 de expansión del proceso CAES. El calor de compresión en la etapa 2 de compresión del proceso CAES no se utiliza para ayudar a la producción 10 de hidrógeno. El hidrógeno puede producirse en otros lugares y enviarse, p. ej., en camiones cisterna o por tuberías.
Si bien se han descrito diferentes ejemplos de un sistema CAES en diferentes figuras, se entenderá que las características de los diferentes ejemplos se pueden combinar para proporcionar un sistema CAES funcional integrado con funcionalidad de hidrógeno, con un rendimiento mejorado en comparación con un sistema CAES según la técnica anterior. Dichas mejoras incluyen la eficacia, el rendimiento ambiental, incluidas las emisiones, productos adicionales y beneficios adicionales derivados del sistema CAES.
Los ejemplos descritos anteriormente se pueden implementar como aplicaciones a gran escala (p. ej., a escala de red) o como realizaciones autónomas fuera de la red de cualquier tamaño. También podrían implementarse en aplicaciones móviles, por ejemplo, en un barco u otro medio de transporte. También podrían implementarse en aplicaciones transportables, por ejemplo, mediante contenedorización en uno o más contenedores de envío.
Los ejemplos descritos anteriormente se pueden aplicar a la compresión y expansión de aire atmosférico o cualquier otro gas de proceso tal como, entre otros: metano, otros hidrocarburos, dióxido de carbono, oxígeno e hidrógeno.
Otros ejemplos pueden utilizar formas de energía distintas de la electricidad para proporcionar la potencia necesaria para comprimir el aire, ya sea además de la electricidad o en lugar de ella. Ejemplos de energía de entrada son la energía cinética, potencial y química.
Otros ejemplos pueden producir formas de energía distintas de la electricidad a partir de la expansión del aire, ya sea además de la electricidad o en lugar de ella. Ejemplos de energía de salida son la energía cinética, potencial y química.
Otros ejemplos pueden usar formas de energía distintas de la electricidad para producir hidrógeno, tales como, entre otras, energía radiante (por ejemplo, luz solar natural o concentrada), química y térmica.
Opcionalmente, el oxígeno producido por el proceso de producción de hidrógeno también puede almacenarse para su uso durante la combustión, con el fin de mejorar el rendimiento de la combustión y/o evitar el agotamiento del oxígeno sustancialmente purificado que puede dar lugar a un riesgo de combustión y/o explosión.
En ejemplos en los que parte o todo el hidrógeno y/u oxígeno producido durante la compresión se almacena para la combustión en la etapa de expansión, el hidrógeno y/u oxígeno se pueden almacenar en una o más de cavernas subterráneas (por ejemplo, cavernas de sal), pozos de hidrocarburos total o parcialmente agotados (por ejemplo, pozos de petróleo o gas), acuíferos (por ejemplo, acuíferos de agua salina o dulce) o algún otra ubicación de almacenamiento subterráneo natural o artificial (por ejemplo, minas).
Parte o todo el hidrógeno, el oxígeno y el aire u otro gas de proceso se puede almacenar opcionalmente en un aparato de almacenamiento que consiste total o parcialmente en uno o más de cilindros, vejigas, almacenamiento sólido tal como, entre otros, carbón activado, grafeno e hidruros metálicos, o cualquier otro medio mecánico o químico.
El sistema CAES puede utilizar cualquier otro gas de proceso adecuado en lugar del aire o además del mismo.
En ejemplos en los que hay almacenamiento de calor adicional, dicho almacenamiento de calor se puede implementar mediante el almacenamiento de la transferencia térmica o el fluido de proceso, o mediante el calentamiento de cualquier otro material de almacenamiento térmico.
El agua resultante de la combustión de hidrógeno puede venderse y/o utilizarse como agua potable o agua de proceso para otros procesos. Opcionalmente, puede tratarse antes de dichos otros usos.
El almacenamiento de parte o la totalidad del hidrógeno, oxígeno, aire o cualquier otro gas se puede realizar utilizando sólidos adecuados para unir el gas. Ejemplos de dichos sólidos adecuados incluyen hidruros metálicos, grafeno y carbón activado. Los beneficios de dicho almacenamiento incluyen uno o más de seguridad, mejor unión del gas, estabilidad y compacidad.
El hidrógeno se puede combinar con nitrógeno para formar amoníaco, que es útil como medio de almacenamiento para el hidrógeno, y/o como combustible, y/o como precursor químico para cualquiera de una variedad de procesos químicos tales como la fabricación de fertilizantes o explosivos.
Una ventaja de un sistema de este tipo que incorpora la producción de hidrógeno incluye maximizar el uso de la electricidad de entrada, la fabricación de hidrógeno, que es una sustancia de gran utilidad en diversos procesos, en celdas de combustible, en la descarbonización del transporte y en otras aplicaciones.
Opcionalmente, un sistema de este tipo también produce frío como producto útil. Dicho frío puede ser adecuado para aplicaciones tales como, entre otras, aquellas relacionadas con la refrigeración, el aire acondicionado y el enfriamiento de procesos. Estas aplicaciones también pueden implicar temperaturas más extremadamente bajas, tales como por ejemplo, con fines criogénicos y de superenfriamiento.
Una ventaja de un sistema de este tipo que incorpora la combustión de hidrógeno incluye la generación de electricidad a partir de aire comprimido almacenado sin emisiones relacionadas con la combustión de combustibles fósiles y la producción de agua pura y/o vapor como producto de la combustión. Opcionalmente, un sistema de este tipo también produce calor como producto útil.
Los beneficios de un sistema de este tipo que incorpora la producción, almacenamiento y combustión de hidrógeno incluyen, además de los beneficios citados anteriormente, un aumento sustancial en la eficacia de ida y vuelta del sistema de almacenamiento de energía y, opcionalmente, la purificación del agua. Al almacenar tanto aire comprimido como hidrógeno, un sistema de este tipo también actúa como un almacén de energía eficaz, por ejemplo, para recibir electricidad generada de forma intermitente y generar electricidad despachable y/o de carga base.
Los beneficios de un sistema en el que CAES está integrado tanto con la producción de hidrógeno como con el almacenamiento de calor incluyen el precalentamiento de los fluidos y/o equipos del proceso para mejorar la eficacia de funcionamiento de dicho sistema.
Un sistema que comprende producción, almacenamiento y combustión de hidrógeno, así como producción, almacenamiento y combustión de oxígeno, y almacenamiento y reutilización de calor adicional mediante el precalentamiento del gas de proceso, puede ser una configuración del sistema que maximice la eficacia global del sistema.
La producción de agua limpia a partir de agua sucia permite realizar el tratamiento y/o purificación del agua como función complementaria del sistema.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones de esta memoria descriptiva, las palabras "comprende" y "contiene" y variaciones de las palabras, por ejemplo, "comprendiendo" y "comprende", significan "incluido, entre otros", y no pretende excluir (y no excluye) otros restos, aditivos, componentes, números enteros o etapas.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento de almacenamiento de energía que comprende:
recibir energía (1) de entrada;
usar la energía (1) de entrada para comprimir (2) aire u otro gas (3) de proceso para producir un gas (4) de proceso comprimido;
almacenar (8) el gas de proceso comprimido;
expandir (16) el gas de proceso comprimido para generar energía (17) de salida;
y que comprende, además:
realizar un proceso (10) de producción de hidrógeno;
transferir (5) calor del gas de proceso, antes de que el gas de proceso se almacene como gas de proceso comprimido, al proceso (10) de producción de hidrógeno; y
utilizar el calor transferido en el proceso (10) de producción de hidrógeno.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, que comprende además usar por lo menos parte del hidrógeno producido mediante el proceso de producción de hidrógeno para proporcionar calor antes, durante o después de expandir el gas comprimido, y opcionalmente en el que usar por lo menos parte del hidrógeno, o el hidrógeno almacenado, comprende quemar (16b) el hidrógeno.
3. El procedimiento de la reivindicación 2, que comprende almacenar (13) por lo menos parte del hidrógeno almacenado producido mediante el proceso (10) de producción de hidrógeno antes de usar por lo menos parte del hidrógeno almacenado para proporcionar calor antes, durante o después de expandir (16) el gas comprimido, y opcionalmente en el que usar por lo menos parte del hidrógeno, o el hidrógeno almacenado, comprende quemar (16b) el hidrógeno.
4. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el proceso (10) de producción de hidrógeno también genera oxígeno (14), comprendiendo además el procedimiento:
almacenar (24) por lo menos parte del oxígeno (14) producido por el proceso de producción de hidrógeno; y usar por lo menos parte del oxígeno almacenado para proporcionar calor antes, durante o después de expandir (16) el gas comprimido.
5. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el proceso (10) de producción de hidrógeno produce hidrógeno y el procedimiento comprende además usar el hidrógeno en una celda (35) de combustible para generar electricidad de salida, y que comprende opcionalmente alimentar un calentador (16c) con la electricidad generada para proporcionar calor antes, durante o después de expandir el gas comprimido.
6. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el proceso (10) de producción de hidrógeno produce hidrógeno y oxígeno y el procedimiento comprende además usar el hidrógeno y el oxígeno en una celda (35) de combustible para generar electricidad, o el proceso de producción de hidrógeno produce hidrógeno y el procedimiento comprende además usar el hidrógeno y el oxígeno producidos a partir de una fuente externa en una celda de combustible para generar electricidad, y que comprende opcionalmente alimentar un calentador (16c) con la electricidad generada para proporcionar calor antes, durante o después de expandir el gas comprimido.
7. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes que además comprende:
transferir calor desde el gas de proceso, antes de que el gas de proceso se almacene como gas de proceso comprimido, a un almacén térmico y;
transferir calor desde el almacén térmico al gas de proceso antes, durante o después de la expansión del gas comprimido.
8. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la transferencia de calor comprende por lo menos uno de:
transferir calor del gas de proceso antes de la compresión del gas de proceso;
transferir calor del gas de proceso durante la compresión del gas de proceso;
transferir calor del gas de proceso después de la compresión del gas de proceso.
9. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que transferir calor comprende: transferir calor del gas de proceso a un medio de transferencia térmica; y
transferir calor desde el medio de transferencia térmica al proceso de producción de hidrógeno.
10. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que transferir calor comprende transferir calor del gas de proceso al agua para calentar el agua; y el proceso (10) de producción de hidrógeno funciona sobre el agua calentada, y opcionalmente en el que el proceso (10) de producción de hidrógeno realiza electrólisis sobre el agua calentada.
11. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el proceso (10) de producción de hidrógeno produce hidrógeno mediante por lo menos uno de: electrólisis de agua; recombinación de vapor; pirólisis; termólisis; reacción termoquímica y/o química; uno o más procesos biológicos; corrosión anaeróbica; serpentinización.
12. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el gas de proceso es aire. 13. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que:
parte o toda la energía (1) de entrada es electricidad de una red, o en el que parte o toda la energía de entrada es electricidad de una o más fuentes intermitentes; y/o la energía (17) de salida es electricidad.
14. Un sistema de almacenamiento de energía que comprende:
una entrada para recibir energía (1) de entrada;
una disposición (2) de compresor configurada para utilizar la energía (1) de entrada para comprimir aire u otro gas de proceso para producir un gas (4) de proceso comprimido;
una salida (7) de gas comprimido configurada para enviar el gas de proceso comprimido a un almacén (8) de gas de proceso comprimido;
un aparato (10) de producción de hidrógeno que está configurado para producir hidrógeno (12);
una disposición (16) de expansor configurada para recibir gas de proceso comprimido desde el almacén de gas (8) de proceso comprimido y expandir el gas de proceso comprimido para generar energía (17) de salida;
una salida para enviar la energía de salida generada;
un aparato (5) de transferencia de calor configurado para transferir calor desde el gas de proceso, antes de que el gas de proceso se almacene como gas de proceso comprimido, al aparato (10) de producción de hidrógeno;
en el que el aparato (10) de producción de hidrógeno está configurado para utilizar el calor transferido.
15. El sistema de la reivindicación 14, configurado para realizar el procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 13.
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