ES3053078T3

ES3053078T3 - Modular thermal energy storage system, improved method of operation of such systems and use of the thermal energy storage system

Info

Publication number: ES3053078T3
Application number: ES18819024T
Authority: ES
Inventors: Pål G Bergan; Christopher Greiner; Nils Høivik
Original assignee: EnergyNest AS
Current assignee: EnergyNest AS
Priority date: 2017-12-05
Filing date: 2018-12-05
Publication date: 2026-01-19
Anticipated expiration: 2038-12-05
Also published as: NO20171937A1; US12092400B2; US20210172685A1; EP3721161C0; EP3721161B1; AU2018379313B2; CN111684232A; EP3721161A1; MA51005A; NO344182B1; WO2019110655A1; AU2018379313A1

Abstract

Almacenamiento de energía térmica (TES) que comprende: al menos dos bloques o zonas operados con respecto a la carga y descarga de energía térmica mediante el flujo de un fluido de transferencia de calor (HTF) a través del bloque o zona; un colector de carga de entrada; un colector de carga de salida; una tubería de entrada dispuesta desde el colector de carga de entrada a cada bloque o zona; una salida desde cada bloque o zona; y una estructura adicional como se indica a continuación: una o más de las siguientes válvulas: una válvula de control de flujo (Vi1; Va1,.Ve1) dispuesta en al menos una de las tuberías de entrada del bloque o zona, entradas, salidas y tuberías de salida, para controlar el flujo a través del bloque o zona; una válvula de derivación (Vi2; Va2,..Ve2) dispuesta en secciones de tubería del lado de carga de entrada entre la tubería de entrada y el retorno de flujo en serie para el bloque o zona, para derivar el flujo y controlar el flujo en serie; y una válvula de conmutación del lado de carga de salida (Vis; Vas,..Ves) dispuesta en al menos una de las tuberías de salida del bloque o zona y salidas, para controlar el flujo en serie y el flujo en paralelo. y una o más tuberías: una tubería de salida desde la salida de un bloque o zona, o una válvula de conmutación en dicha salida, hasta el colector de carga de salida; una tubería de retorno de flujo en serie, dispuesta desde la salida de un bloque o zona, o desde una válvula de conmutación en la tubería de salida, hasta el lado de carga de entrada de un bloque o zona de flujo en serie contiguo. Cada bloque o zona puede operar dentro del rango completo de temperatura del TES, mediante el flujo de fluido de transferencia de calor a través de los bloques o zonas para la carga y descarga, respectivamente, según la temperatura del fluido de transferencia de calor y dichos bloques o zonas. Dichas válvulas operan para que el fluido de transferencia de calor fluya en serie o en paralelo, desde los bloques o zonas o lados de mayor temperatura a los de menor temperatura durante la carga, y desde los bloques o zonas o lados de menor temperatura a los de mayor temperatura durante la descarga. La invención también proporciona un método para operar el almacenamiento de energía térmica y el uso del método y del almacenamiento de energía térmica. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0002] Sistema modular de almacenamiento de energía térmica, método mejorado de funcionamiento de tales sistemas y uso del sistema de almacenamiento de energía térmica

[0003] Campo técnico

[0004] La presente invención se refiere a la mejora del rendimiento global de los almacenamientos de energía térmica (AET). Más específicamente, la invención se refiere a acumuladores modulares de energía térmica, para los cuales se transfiere calor dentro y fuera del acumulador por medio de un fluido de transferencia de calor (FTC) que fluye a través de un sistema de tuberías, partes del cual se posicionan dentro de elementos térmicos y partes del cual se posicionan en el exterior de los elementos. Dichos elementos comprenden preferiblemente un material de estado sólido adecuado, tal como un tipo especial de hormigón, con propiedades que sirven para el propósito de una transferencia y un almacenamiento eficientes de calor. En algunas realizaciones, la invención se refiere a patentes que describen tal tecnología, sin embargo, en otras realizaciones la invención se refiere a almacenamientos de energía térmica de otros tipos. Muchas patentes anteriores describen el diseño y las propiedades físicas de los almacenamientos de energía térmica, AET, en diversas realizaciones. La presente invención proporciona diseños de sistemas de AET y métodos de funcionamiento para mejorar la capacidad, eficiencia y tasa globales de carga y descarga de energía térmica de TES, por medio de la expansión del intervalo de temperatura dinámico, manteniendo una temperatura estable del FTC, aumentando la versatilidad de funcionamiento y reduciendo el tamaño y, de ese modo, el coste.

[0005] Antecedentes de la invención y técnica anterior

[0006] Mientras que las baterías electroquímicas sirven para el propósito de almacenar y suministrar electricidad, AET sirve para el propósito de almacenar y suministrar energía térmica. La energía térmica puede usarse directamente como, por ejemplo, calor de proceso (normalmente vapor de agua) o convertirse en electricidad a través de un turbogenerador. Existen muchas aplicaciones para AET; una de ellas es la energía solar de concentración (ESC) donde la energía térmica excedente captada durante las horas de sol puede almacenarse y después descargarse para mantener la generación de energía después del ocaso. Otras aplicaciones pueden hallarse en industrias de alto consumo energético, tales como la industria metalúrgica y química, en la que se desechan grandes cantidades de calor normalmente porque la temperatura ha disminuido por debajo de la temperatura requerida en el proceso, y la energía no puede reintegrarse en otro proceso aguas abajo. Esto último puede estar provocado a menudo por la naturaleza cíclica del calor residual debido al propio proceso (por ejemplo, proceso discontinuo). En tal caso, el AET puede estabilizarse frente a fluctuaciones y almacenar energía durante periodos de tiempo más largos, permitiendo el suministro de calor según la demanda a otros procesos, o la conversión en electricidad y calor a baja temperatura a través de un turbogenerador. Un AET también puede integrarse directamente en el ciclo de vapor de una central térmica de turbina de vapor (carbón, gas, petróleo, nuclear, biomasa) para mejorar la flexibilidad de las centrales eléctricas en cuanto al aumento de las velocidades de rampa y aumento del ancho de banda de la salida de potencia, reduciendo ambos la salida mínima y aumentando la salida máxima. También puede permitir un arranque y una parada de la planta menos costosos y con menor consumo de energía. La mayor flexibilidad de las centrales térmicas permite la integración de energías renovables más intermitentes y variables, tales como la fotovoltaica solar y eólica; un AET puede ser, por tanto, una alternativa atractiva al almacenamiento de energía eléctrica “convencional” a través de baterías electroquímicas, almacenamiento hidroeléctrico por bombeo o almacenamiento de energía de aire comprimido. Un AET también puede cargarse directamente con electricidad (por medio de calentamiento eléctrico del FTC), lo que puede ser atractivo en casos de excedente significativo de electricidad que podría desecharse de otro modo. La energía almacenada puede reconvertirse entonces en electricidad y calor a baja temperatura o ponerse a disposición para la producción de, por ejemplo, vapor de proceso industrial. Existen innumerables casos para los que AET puede crear un gran valor económico y contribuir a una mayor eficiencia energética y un mejor rendimiento ambiental de los sistemas energéticos.

[0007] Una serie de patentes anteriores, entre otros, los documentos NO 332707, NO 337357, NO 339848, NO 339952, y NO 340371 describen una tecnología modular de almacenamiento de energía térmica, de estado sólido, métodos para construir tal almacenamiento, y utilizar tal almacenamiento en un contexto de sistema. Esta tecnología se ha sometido a prueba y probado a través del funcionamiento a largo plazo de un almacenamiento piloto en Abu Dabi, EAU con excelentes resultados. Se espera que se implementen muchas aplicaciones diferentes de esta tecnología en los próximos años. La capacidad de almacenamiento de energía típica de un AET puede oscilar desde 10 MWh hasta varios GWh. Claramente, pueden almacenarse cantidades muy grandes de energía y, por consiguiente, tal almacenamiento puede ser grande y costoso. Por tanto, está claro que las mejoras de la tecnología existente con respecto a la mejora de la capacidad de almacenamiento, la eficiencia y la calidad del calor tendrán un gran valor. Por tanto, existe una demanda de mejoras de la tecnología de AET existente. La base para esto es que, por ejemplo, la energía térmica puede almacenarse a alta temperatura en un elemento térmico de estado sólido tal como se ejemplifica en la figura 1, que se refiere al documento NO 339848. Se transfiere calor a y desde el elemento por medio de un FTC que discurre a través de un sistema de intercambiadores de calor de tubos de acero integrados, tal como se indica mediante dos bucles en U en paralelo tal como se muestra en la figura 1, y el almacenamiento de energía tiene lugar principalmente en un material sólido o similar al hormigón que rodea los intercambiadores de calor dentro de una carcasa cilíndrica de acero fino. Tal como se describe en el documento NO 340371, pueden conectarse elementos térmicos y agruparse juntos en un casete que puede apilarse a su vez uno encima de otro y colocarse uno al lado de otro para proporcionar un almacenamiento modular de cualquier tamaño necesario, véase la figura 2. Sin embargo, la presente invención no sólo se refiere a tal diseño específico de almacenamiento de energía térmica; puede aplicarse igualmente bien en conexión con otras soluciones de tipo AET, tales como las soluciones descritas en el documento NO 339952 donde el FTC fluye por el exterior de los elementos térmicos, véase la figura 3. Un almacenamiento puede tener varias de tales contenciones con muchos elementos de almacenamiento térmico en su interior. La presente invención proporciona una capacidad y un rendimiento de energía térmica global mejorados. También debe observarse que en una realización de la invención del documento NO 339952, la carga del almacenamiento puede ser flujo de un FTC, por ejemplo gas de combustión caliente, en el exterior de los elementos, mientras que la descarga de calor es a través de un segundo FTC tal como aceite térmico, que fluye a través de intercambiadores de calor fundidos dentro de los elementos térmicos. La invención también se aplica en general a otras formas de soluciones de AET modulares.

[0008] La publicación de patente WO 2017/151606<A1>incluye una descripción e ilustraciones que pueden interpretarse como que representan la técnica más cercana en relación con la presente invención. Sin embargo, las enseñanzas del documento WO 2017/151606<A1>incluyen minimizar las pérdidas exergéticas, lo que significa minimizar la diferencia de temperatura entre el fluido de transferencia de calor relativo circulante y el medio de almacenamiento de energía térmica frío relativo, y las válvulas accionadas para controlar la circulación del fluido de transferencia de calor consisten en válvulas multidireccionales con cuatro o tres vías. Se ha hallado que las publicaciones de patente US 2008/066736<A1>y US 2008/022685<A1>representan antecedentes de la técnica.

[0009] Sumario de la invención

[0010] La presente invención es tal como se define en las reivindicaciones independientes, a las que se hace referencia. Se definen realizaciones preferibles en las reivindicaciones dependientes, a las que se hace referencia.

[0011] Más específicamente, la invención proporciona un almacenamiento de energía térmica, AET, según la reivindicación 1.

[0012] Más adelante en el presente documento, dichas dos vías (v<i1>; v<a1>,..v<e1>) también se denominan de manera sinónima válvula de control de flujo o válvula de flujo, dicha válvula de derivación de control de flujo de dos vías (v<i2>; v<a2>,..v<e2>) también se denomina de manera sinónima válvula de derivación de control de flujo o válvula de derivación, y dicha válvula de conmutación de tres vías (v<is>; v<as>,.. v<es>) también se denomina de manera sinónima válvula de conmutación.

[0013] El almacenamiento de energía térmica es preferiblemente un almacenamiento de energía térmica de estado sólido. El almacenamiento de energía térmica de estado sólido comprende preferiblemente hormigón, como el único o la mayoría del material de almacenamiento de energía térmica de estado sólido. Por consiguiente, el almacenamiento de energía térmica es un almacenamiento térmico basado en calor sensible en la mayoría de las realizaciones, que puede funcionar libremente en un intervalo de temperatura desde por debajo de la temperatura ambiental hasta temperaturas bajo cero, por ejemplo, hasta -150C, y hasta una temperatura tan alta como lo permitan las fuentes, sumideros de calor/usuarios, FTC y válvulas/tuberías, es decir, hasta al menos 500C o 600C, e incluso hasta al menos 980C para realizaciones resistentes a la temperatura más alta. Dicho intervalo de temperatura completo se aplica a todos los elementos, bloques y zonas. Sin embargo, existen dos excepciones de calor sensible puro para algunas realizaciones del almacenamiento térmico, método y usos de la invención; en primer lugar, puede llenarse con material de cambio de fase entre elementos, bloques y zonas en el interior de las paredes de almacenamiento de energía térmica; y en segundo lugar, puede usarse fluido de transferencia de calor, FTC, que cambia de fase, tal como agua - vapor. Incluso con material de cambio de fase y agua u otro líquido que pueda evaporarse o se evapore como fluido de transferencia de calor, cada elemento, bloque y zona puede o se hará funcionar en un intervalo de temperatura completo tal como se ha analizado anteriormente. La meseta de temperatura-tiempo de calor sensible no estará en los elementos, bloques o zonas, sino en el FTC y/o material de cambio de fase únicamente. El material de cambio de fase, excepto el agua helada, se contraen tras la solidificación, evitando de ese modo que se induzca una tensión indebida en el material sólido de almacenamiento de energía térmica de los elementos/bloques/zonas. La invención también proporciona un método de hacer funcionar un almacenamiento de energía térmica, AET; en el que el AET comprende: al menos dos bloques o zonas que se hacen funcionar con respecto a la carga y descarga de energía térmica haciendo fluir un fluido de transferencia de calor, FTC, a través del bloque o la zona; un colector de carga de entrada; un colector de carga de salida; un tubo de entrada dispuesto desde el colector de carga de entrada hasta cada bloque o zona; una salida de cada bloque o zona; y válvulas y tuberías para el control del caudal másico del FTC. El método se distingue por una o más de las siguientes etapas, en cualquier combinación:

[0014] mezclar y desplazar el flujo de FTC hacia y desde bloques y zonas, con respecto al flujo en paralelo y en serie, y con respecto al sentido de flujo, según la temperatura, carga y descarga de energía térmica, hasta donde la diferencia de temperatura entre el FTC y los bloques o las zonas es la mayor, mientras que al mismo tiempo se suministra FTC fuera del AET a una temperatura constante de sustancia durante la descarga y preferiblemente también a una temperatura constante de sustancia durante la carga,

[0015] en el que cada bloque/zona puede hacerse funcionar dentro del intervalo de temperatura completo del AET, haciendo fluir fluido de transferencia de calor a través de los bloques/zonas para la carga y descarga, respectivamente, según la temperatura del fluido de transferencia de calor y dichos bloques/zonas, haciendo funcionar dichas válvulas para hacer fluir fluido de transferencia de calor en serie y/o en paralelo, desde bloques/zonas o lado de temperatura más alta hasta temperatura más baja cuando se carga y desde bloques/zonas o lado de temperatura más baja hasta más alta cuando se descarga.

[0016] Una realización preferible de la invención es un almacenamiento de energía térmica que comprende al menos dos bloques o zonas que se hacen funcionar con respecto a la carga y descarga de energía térmica haciendo fluir un fluido de transferencia de calor, FTC, a través del bloque o la zona, en el que:

[0017] - al menos un bloque o una zona que comprende válvulas de control de flujo (v<i1>; v<a1>,,..v<e1>), válvulas de derivación ajustables (v<i2>; v<a2>,..v<e2>) que pueden hacerse funcionar libremente entre una posición completamente cerrada y una posición completamente abierta y una posición intermedia, se hace funcionar en un ciclo de menor duración, y al menos un bloque o una zona, que comprende al menos una de válvulas de control de flujo (v<i1>; v<a1>,..v<e1>) y válvulas de derivación (v<i2>; v<a2>,..v<e2>) con la línea de retorno en serie conectada, se hace funcionar en un ciclo de mayor duración. Si se requiere una temperatura de FTC constante fuera del almacenamiento en todo momento, incluso cuando se hace funcionar un bloque o una zona de ciclo de mayor duración con válvulas que pueden ser, pero para la mayoría de las realizaciones, no son de tipo abierto-cerrado simplemente, el flujo de fluido de transferencia de calor puede encaminarse a través de válvulas de control del bloque o la zona de ciclo de menor duración.

[0018] Otra realización de la invención es un almacenamiento de energía térmica de estado sólido en el que se transfiere calor a y desde elementos de almacenamiento de calor de estado sólido durante la carga y descarga por medio de un fluido de transferencia de calor, FTC, que discurre a través de tubos de intercambiador de calor fundidos en los elementos o alrededor de tales elementos, el almacenamiento se divide en dos o más unidades de bloque para las que el FTC puede discurrir desde un sistema de colector de entrada en un lado de flujo de los bloques y a través de las diferentes unidades de bloque hasta un sistema de colector de salida en el otro lado de flujo, mientras que el fluido transfiere calor a todos los elementos dentro del bloque durante la carga de energía térmica, y absorbe calor desde todos los elementos dentro del bloque durante la descarga de energía térmica, y para al menos dos bloques se proporciona lo siguiente:

[0019] a. una válvula de flujo ajustable que controla el caudal másico de FTC desde el colector hacia el bloque durante la carga y descarga

[0020] b. una válvula de derivación ajustable que controla el caudal másico del FTC que sortea el bloque durante la carga y descarga

[0021] c. una válvula de conmutación ajustable que controla la razón de caudal másico de FTC a través del bloque conectado directamente con el colector de salida con respecto al caudal másico de FTC que se desvía al siguiente en el lado de entrada del bloque de flujo en serie

[0022] mediante lo cual dichos al menos dos bloques pueden controlarse dinámicamente de tal manera que un número deseado de bloques se acoplará en un patrón de flujo en paralelo o en serie, o una combinación de estos, y a través del ajuste de las válvulas, puede desplazarse la carga y descarga de bloques y mezclarse en el tiempo de tal manera que el fluido de transferencia de calor combinado, que fluye hacia fuera puede mantenerse en un nivel estable y dentro de límites de temperatura máximo y mínimo determinados por la fuente de calor y el disipador de calor, mientras que pueden cargarse y descargarse partes principales del almacenamiento mucho más allá de dichos límites térmicos y aumentar de ese modo la capacidad de almacenamiento de energía global de manera significativa.

[0023] El desplazamiento y el mezclado del flujo de FTC a lo largo del tiempo según la temperatura según la presente invención, puede aumentar solo la capacidad de almacenamiento de AET en hasta más del 60 % en comparación con un almacenamiento similar sólo con una entrada/salida en el lado caliente y frío, respectivamente, y sin bloques/zonas y configuración de válvulas tal como se prescribe. Basándose en cálculos/simulaciones, en un caso la mejora es del 45-55 %, en otro caso la mejora es del 55-65 %. La mejora en el intervalo completo desde por encima del 0 % hasta al menos el 65 % se logra simplemente desplazando y mezclando tal como se prescribe, en comparación con un almacenamiento similar sólo con una entrada/salida en el lado caliente y frío, respectivamente, y sin bloques/zonas y configuración de válvulas tal como se prescribe. Cargar y/o descargar bloques del AET más allá de los límites de temperatura de salida de FTC máximo y mínimo respectivos, aumentan adicionalmente el efecto técnico. Las válvulas y bloques/zonas tal como se describen y definen según la invención son una estructura esencial para lograr tal capacidad de un AET. Sin desear estar limitado por la teoría, el efecto técnico significativo tiene que hacerse con la disposición y el funcionamiento del AET de tal manera que se logre una mayor diferencia de temperatura entre el FTC que fluye y el material de almacenamiento de energía térmica. Todo esto quedará más claro estudiando con detalle la descripción, reivindicaciones y figuras.

[0024] Se proporcionan realizaciones adicionales de la invención combinando realizaciones obligatorias o preferibles con características descritas o ilustradas en el presente documento, en cualquier combinación. Se proporcionan realizaciones adicionales de la invención combinando características descritas o ilustradas en el presente documento, en cualquier combinación que dé como resultado realizaciones funcionales.

[0025] Figuras

[0026] La invención se ilustra mediante 23 figuras, que ilustran detalles, características y realizaciones de la presente invención, tal como sigue:

[0027] La figura 1 muestra una vista en sección longitudinal y transversal de un elemento 10 térmico tal como se describe en la patente NO 339848. El elemento consiste en dos tubos 11 de intercambiador de calor de tubos en U para la transferencia de fluido 12 de transferencia de calor. Estos se funden en un material 13 de estado sólido, que es normalmente un tipo especial de hormigón con propiedades de conductividad térmica, capacidad térmica y resistencia superiores en el régimen de temperatura apropiado. El elemento está rodeado por una carcasa 14 de acero que sirve tanto como refuerzo de acero como forma de fundición.

[0028] La figura 2 muestra cómo los elementos térmicos pueden agruparse y conectarse dentro de un marco 20 de tipo casete de acero, tal como se describe en la patente NO 340371. Los marcos 20 de tipo casete sirven para la eficiencia y practicidad en el transporte, manipulación, fundición de los elementos con material 10 sólido, y mantenimiento de los elementos juntos para conectar los tubos 11 de intercambiador de calor. Un casete completamente fundido se denomina un módulo 21 y tiene un tubo 22 de colector común para el flujo de entrada y un colector común para el flujo 23 de salida (o viceversa). Los módulos 21 pueden colocarse uno al lado de otro y apilarse uno encima de otro para formar un apilamiento 24. Un sistema de varios módulos que tienen un tubo de flujo de entrada común y un tubo de flujo de salida común y tienen su propio conjunto de válvulas que controlan completamente el flujo de FTC se denomina un bloque. Por ejemplo, el conjunto de 5 por 5 módulos tal como se ilustra en la figura podría formar un bloque mientras que, tal como se muestra en los ejemplos, puede dividirse en varios bloques en la configuración en paralelo o en serie.

[0029] La figura 3 muestra una de varias alternativas con FTC fluyendo por el exterior de los elementos térmicos tal como se describe en la patente NO 339952. Hay una estructura de cámara completamente encerrada con paredes 30 aisladas térmicamente. La cámara está llena de elementos 31 térmicos con una separación entre los elementos tal que el FTC puede fluir desde el lado 33 caliente hasta el lado frío de la cámara 34. Las alternativas a los elementos térmicos mencionados anteriormente pueden ser guijarros, ladrillos, elementos cerámicos, o formas de materiales granulares que pueden resistir el calor del FTC caliente que fluye alrededor. El FTC se alimenta desde una entrada en un lado 35 hasta una salida 36 en el lado opuesto cuando está cargándose el almacenamiento, y viceversa cuando está descargándose el almacenamiento. El principio para la carga y descarga es, en principio, similar a los sistemas con intercambiadores de calor fundidos internamente. Según la presente invención, puede hacerse funcionar un almacenamiento que consiste en varias cámaras con sistemas independientes para el control del flujo de entrada para la carga y descarga. Los elementos térmicos pueden ser tal como se ilustra en la figura 1, o diferentes, por ejemplo, sin intercambiadores 12 de calor fundidos y/o sin una carcasa 14 de acero.

[0030] La figura 4 ilustra el concepto de un “elemento en serie” que es una expresión de una serie de elementos térmicos que están conectados por un único tubo de intercambiador de calor continuo que va desde el tubo de colector en un lado de un bloque hasta el colector del otro lado de un bloque. Un bloque representa así un número dado de elementos en serie, en paralelo, que comparten la misma ubicación para el flujo de entrada y el flujo de salida de FTC.

[0031] La figura 5 ilustra la envolvente sombreada de variación de temperatura a lo largo de la longitud de un elemento en serie para un ciclo completo de carga y descarga de calor. Esta envolvente puede compararse con “el potencial teórico para el almacenamiento de energía térmica” tal como se representa por el área del rectángulo formado por la diferencia entre la temperatura de carga de flujo de entrada T<ci>y la temperatura de descarga de flujo de entrada T<di>por la capacidad de almacenamiento de calor por unidad de longitud para la longitud completa del elemento en serie. La figura 6 ilustra la disposición de un sistema en paralelo con tubos y válvulas para un ejemplo de un total de cinco bloques.

[0032] La figura 7 muestra un diagrama de la temperatura de flujo de salida del FTC desde el extremo frío de un bloque en un sistema en paralelo durante la carga, en función del tiempo. La temperatura de flujo de salida parte de la temperatura de flujo de entrada T<di>anterior de la fase de descarga y aumenta progresivamente hasta que se haya alcanzado la temperatura de flujo de salida máxima admisible T<co,max>.

[0033] La figura 8 muestra un diagrama de la temperatura de flujo de salida del fluido de transferencia de calor desde el extremo caliente de un bloque en un sistema en paralelo durante la descarga, en función del tiempo. La temperatura de flujo de salida parte de la temperatura de flujo de entrada T<ci>anterior de la fase de carga y disminuye progresivamente hasta que se haya alcanzado la temperatura de flujo de salida mínima admisible T<do,min>.

[0034] La figura 9 muestra un diagrama de la temperatura de flujo de salida combinado (línea trazada continua) en función del tiempo durante la carga para un sistema en paralelo de bloques que se hace funcionar con desplazamiento gradual del flujo a través de los diversos bloques; el caso ilustrado muestra un máximo de tres bloques que se acoplan al mismo tiempo. Las válvulas están equilibradas de tal manera que la temperatura de flujo de salida se mantiene constante después de un tiempo en T<co,max>. Un resultado importante para esta configuración particular es que la temperatura de flujo de salida real de los bloques individuales a, b, c y d puede superar la temperatura de salida de carga combinada máxima definida de todo el sistema; esto implica lograr un nivel de almacenamiento de energía térmica mejorado, por medio de la extensión de la envolvente ilustrada en la figura 5 con respecto a T<co,max>. Obsérvese también que la temperatura de partida inicial T<cs>depende de cómo se ha hecho funcionar previamente el sistema durante la descarga. En la mayoría de los casos T<cs>será próxima a la temperatura de flujo de entrada de descarga T<di>.

[0035] La figura 10 muestra un sistema de diagrama de temperatura de flujo de salida combinado (línea trazada de manera continua) en función del tiempo durante la descarga para un sistema en paralelo de bloques que se hace funcionar con desplazamiento gradual del flujo de FTC a través de los diversos bloques; el caso particular muestra un máximo de tres bloques que se acoplan al mismo tiempo. Las válvulas están equilibradas de tal manera que la temperatura de flujo de salida combinado después de un periodo de tiempo se mantiene constante en T<do,min>. Un resultado importante es que la temperatura de flujo de salida real de los bloques individuales puede estar por debajo de la temperatura mínima definida; esto implica lograr un nivel más profundo de descarga térmica, por medio de la extensión de la envolvente ilustrada en la figura 5 con respecto a T<do,min>. Obsérvese también que la temperatura de partida T<ds>depende de cómo se ha hecho funcionar previamente el sistema durante la carga. En la mayoría de los casos T<ds>será próxima a la temperatura de flujo de entrada de carga T<ci>.

[0036] La figura 11 muestra un diagrama correspondiente a la figura 5 donde se ha extendido la envolvente térmica con las áreas sombreadas en vertical mediante el uso de una estrategia de funcionamiento descrita con flujo en paralelo con mezclado de temperaturas de flujo de salida individuales y desplazamiento de bloques acoplados; esto implica una mejor utilización del potencial de almacenamiento de energía del almacenamiento de energía térmica.

[0037] La figura 12 ilustra la disposición de un sistema en serie con tubos y válvulas para un ejemplo de un total de cinco bloques.

[0038] La figura 13 muestra con más detalle cómo el flujo de FTC a través de un bloque en serie puede dividirse en una parte que sortea el bloque y una parte que pasa a través del bloque.

[0039] La figura 14 muestra un diagrama de la temperatura de flujo de salida del sistema (línea trazada completamente) en función del tiempo durante la carga para un sistema en serie de bloques que se hacen funcionar con desplazamiento de flujo a través de los diversos bloques; el diagrama ilustra un caso en el que un máximo de dos bloques se acoplan al mismo tiempo. El proceso de carga parte del paso a través del primer bloque sólo hasta que la temperatura de flujo de salida ha alcanzado T<co,max>. En ese momento, se cierra la siguiente válvula de derivación y se dirige el flujo a través de los dos primeros bloques. Cuando la temperatura de flujo de salida alcanza de nuevo el nivel máximo permitido, se sortea el primer bloque y se dirige el flujo secuencialmente a través del siguiente bloque cerrando la válvula de derivación asociada. Este proceso de cierre y apertura de las válvulas de derivación continúa así por toda la serie de bloques. Debe observarse que pueden cargarse las partes principales del almacenamiento más allá de la temperatura de flujo de salida máxima prescrita; un inconveniente es que la temperatura de flujo de salida del sistema varía con el tiempo. Obsérvese también que la temperatura de partida inicial T<cs>depende de cómo se ha hecho funcionar previamente el sistema durante la descarga. En la mayoría de los casos T<cs>será próxima a la temperatura de flujo de entrada de descarga T<di>.

[0040] La figura 15 muestra un diagrama de la temperatura del FTC de flujo de salida del sistema (línea trazada completa) en función del tiempo durante la descarga para un sistema en serie de bloques que se hacen funcionar con desplazamiento del flujo de FTC a través de los diversos bloques; el diagrama ilustra un caso en el que un máximo de dos bloques se acoplan al mismo tiempo. El proceso parte de flujo invertido y paso a través del bloque de extremo sólo hasta que la temperatura de flujo de salida ha alcanzado T<do,min>. En ese momento, se cierra la siguiente válvula de derivación y el flujo también pasa a través del siguiente bloque. Cuando la temperatura de flujo de salida alcanza de nuevo el mínimo, se sortea el bloque de extremo y se dirige el flujo secuencialmente a través del siguiente bloque cerrando la válvula de derivación asociada. Este proceso de cierre y apertura de las válvulas de derivación continúa así por toda la serie de bloques. Debe observarse que pueden cargarse las partes principales del almacenamiento más allá de la temperatura de flujo de salida mínima prescrita; un inconveniente es que la temperatura de flujo de salida del sistema varía con el tiempo. Obsérvese también que la temperatura de partida T<ds>depende de cómo se ha hecho funcionar previamente el sistema durante la carga. En la mayoría de los casos T<ds>será próxima a la temperatura de flujo de entrada de carga T<ci>.

[0041] La figura 16 muestra un diagrama de la temperatura de flujo de salida del sistema (línea trazada de manera continua) en función del tiempo durante la carga para un sistema en serie de bloques que se hace funcionar con desplazamiento gradual del flujo a través de los diversos bloques; el caso muestra un máximo de dos bloques que se acoplan al mismo tiempo. Las válvulas de derivación están equilibradas de tal manera que la temperatura de flujo de salida después de un tiempo se mantiene constante en T<co,max>. Obsérvese que la temperatura de flujo de salida real de los bloques individuales puede superar la misma temperatura máxima; esto implica lograr un nivel de carga mejorado.

[0042] La figura 17 muestra un diagrama de la temperatura de flujo de salida del sistema (línea trazada de manera continua) en función del tiempo durante la descarga para un sistema en serie de bloques que se hace funcionar con desplazamiento gradual del flujo a través de los diversos bloques; el caso muestra un máximo de dos bloques que se acoplan al mismo tiempo. Las válvulas están equilibradas de tal manera que la temperatura de flujo de salida se mantiene constante después de un tiempo en T<do,min>. Obsérvese que la temperatura de flujo de salida real de los bloques individuales puede estar por debajo de la misma temperatura mínima; esto implica lograr un nivel más profundo de descarga.

[0043] La figura 18 corresponde al caso de carga mostrado en la figura 16 con la diferencia de que están acoplándose hasta tres bloques a la vez en lugar de dos tal como se ha descrito en el caso anterior. El propósito de este caso es ilustrar la flexibilidad de la presente invención. La figura es explicativa en sí misma a la vista de la descripción de la figura 16.

[0044] La figura 19 muestra otra opción de hacer funcionar un sistema configurado en serie durante la carga según la invención. Inicialmente, el flujo pasa en primer lugar sólo a través del primer bloque hasta que la temperatura de flujo de salida alcanza T<co,max>mientras que se sortean todos los demás bloques (válvulas de derivación abiertas). En ese momento, la válvula de derivación para el segundo bloque se cierra gradualmente mientras que la válvula de derivación para el primer bloque se mantiene cerrada. La regulación de la segunda válvula de derivación se realiza de tal manera que el mezclado de flujo a través del segundo bloque y el flujo que sortea este bloque mantiene la temperatura deseada de T<co,max>. Cuando la válvula de derivación para el segundo bloque está completamente cerrada, la válvula de derivación para el tercer bloque se cierra gradualmente de tal manera que el flujo a través de los dos primeros bloques se mezcla gradualmente con el flujo a través del tercer bloque para garantizar que el flujo de salida mezclado mantiene la temperatura deseada. Se continúa con el mismo proceso para los siguientes bloques. El procedimiento proporciona una carga de energía muy alta para la mayor parte del almacenamiento más allá del límite de temperatura máximo, mientras que la desventaja es que debe aumentarse la presión de bombeo para cada nuevo bloque que se acopla para mantener el flujo másico deseado a través de un número creciente de bloques.

[0045] La figura 20 muestra el procedimiento de descarga, correspondiente a la figura 19, en el que se invierte el flujo, y el flujo de entrada parte del extremo opuesto. Inicialmente, el flujo pasa sólo a través del primer bloque hasta que la temperatura de flujo de salida alcanza T<do,min>mientras que se sortean todos los demás bloques (válvulas de derivación abiertas). En ese momento, la válvula de derivación para el segundo bloque se cierra gradualmente mientras que la válvula de derivación para el primer bloque se mantiene cerrada. La regulación de la segunda válvula de derivación se realiza de tal manera que el mezclado de flujo a través del segundo bloque y el flujo que sortea este bloque mantiene la temperatura deseada de T<do,min>. Cuando la válvula de derivación para el segundo bloque está completamente cerrada, la válvula de derivación para el tercer bloque se cierra gradualmente de tal manera que el flujo a través de los dos primeros bloques se mezcla gradualmente con el flujo a través del tercer bloque para garantizar que el flujo de salida mezclado mantiene la temperatura deseada. Se continúa con el mismo proceso para los siguientes bloques. El procedimiento proporciona una carga de energía muy profunda para la mayor parte del almacenamiento por debajo del límite de temperatura mínimo, mientras que la desventaja es que debe aumentarse la presión de bombeo para cada nuevo bloque que se acopla para mantener el flujo másico deseado a través de un número creciente de bloques.

[0046] La figura 21 ilustra un diseño de sistema completo de la invención que permite que el almacenamiento se haga funcionar en modos en paralelo o en modos en serie, o una combinación de los mismos. Conectada con cada bloque “i” hay una válvula de flujo de entrada v<i1>, y una válvula de derivación v<i2>. El lado inferior del diagrama muestra, para cada tubo de bloque, el acoplamiento con el tubo principal inferior así como un tubo de bucle de retorno al tubo principal superior. Una válvula de tres vías v<is>determina si el flujo asociado al bloque está conectado directamente al tubo inferior (modo en paralelo) o al tubo de bucle de retorno (modo en serie).

[0047] La figura 22 es una ilustración esquemática de un sistema de válvulas de tres vías controlado por dos válvulas simples que se hacen funcionar en posiciones opuestas de apertura y cierre. Las posiciones de estas válvulas determinan si el flujo corresponde a modos en paralelo o en serie o flujo mixto en paralelo y en serie.

[0048] La figura 23 es una ilustración esquemática de un almacenamiento que puede dividirse en diferentes zonas que se hacen funcionar con ciclos de tiempo tales como ciclos diarios, ciclos semanales y reserva de energía. Las diferentes zonas pueden cargarse y descargarse en el modo en paralelo o el modo en serie o combinaciones de los mismos.

[0049] Descripción general para comprender los principios de la invención y las figuras

[0050] A continuación, se considera cualquier representación de almacenamiento modular de energía térmica, incluyendo las que se han mencionado específicamente, incluyendo la orientación vertical y/u horizontal de los elementos de almacenamiento. Se supone que diferentes partes del almacenamiento están conectadas por medio de tubos y válvulas de tal manera que el flujo de entrada de FTC desde un tubo troncal principal se divide en tubos de ramificación y, por tanto, obtiene acceso a todos o la mayoría de los elementos en el almacenamiento. Para describir y explicar la invención claramente, se introducirán varios conceptos y definiciones.

[0051] Una serie de elementos térmicos que están conectados por tubos de intercambiador de calor continuos de una manera en serie fija se definirá como un “elemento en serie”; por tanto, un elemento en serie puede consistir en varios elementos individuales. Normalmente, el elemento en serie forma la base para el análisis de la transferencia de calor durante la carga y descarga y puede tratarse a nivel computacional como “un elemento”. Un ejemplo de un elemento en serie puede observarse en la figura 2 donde el diseño comprende una serie de tubos de intercambiador de calor paralelos que permiten flujos paralelos de FTC desde la parte superior hasta la parte inferior de un apilamiento de 5 módulos. Un elemento en serie es, por tanto, la suma de elementos individuales que están conectados por un sistema de tubos continuos desde un extremo o lado de flujo de entrada de FTC controlado hasta otro extremo o lado de flujo de salida. Por tanto, cuando se analiza la respuesta de un almacenamiento durante los periodos de carga, descarga y reposo, la combinación de elementos térmicos que están acoplados en serie puede considerarse como “un elemento” en un sentido computacional. Durante el modelado numérico, el elemento en serie se descompone normalmente en “elementos finitos” más pequeños; sin embargo, estos no tienen que coincidir en longitud con los elementos físicos, térmicos.

[0052] Los elementos en serie pueden disponerse de una manera en paralelo en un almacenamiento tal como se muestra para unidades modulares que se apilan una encima de otra en la figura 2. Además, un almacenamiento puede contener muchos de tales apilamientos. Debe observarse que los elementos térmicos, en el caso de usarse el diseño de la figura 1, son del tipo “doble U”, lo que significa que hay dos tubos paralelos que entran y salen de cada elemento, teniendo, cada uno, una longitud total 2 veces la longitud L del elemento y material de estado sólido asociado (tal como hormigón) por unidad de longitud igual a un cuarto del área de la sección transversal total del elemento térmico.

[0053] Un grupo de elementos en serie dispuestos en paralelo, por ejemplo, varios apilamientos de módulos o elementos, que se alimentan desde el mismo tubo de colector, y se controlan por las mismas válvulas, se define como “un bloque”. Por tanto, un bloque consiste en múltiples intercambiadores de calor en paralelo rodeados por material de almacenamiento térmico de estado sólido (tal como hormigón) que se sirven desde un colector común en cualquiera de los extremos de flujo, mediante lo cual pueden controlarse el flujo de entrada y el flujo de salida mediante válvulas de bloqueo. Como ejemplo, supóngase que los cinco apilamientos de cinco módulos, cada uno en la figura 2, están conectados por colectores comunes en la parte superior y la parte inferior y que el flujo que entra y sale de estos colectores está controlado por válvulas asociadas. Hay 63 elementos (9 en horizontal x 7 en vertical) en cada módulo. Tal como se observa a partir de la figura 2, esto corresponde para este caso a 9 x 2 x 5 = 90 “elementos en serie”, cada uno con una longitud de almacenamiento L<s>=L x 2 x 7 x 5 = 70L, donde L es la longitud de un elemento de almacenamiento individual. Uno, dos, tres o muchos, tal como 48 ó 63 o más elementos o módulos, dispuestos en paralelo y/o en serie con respecto al flujo, pero accionados uniformemente como una unidad accionando válvulas, es un bloque.

[0054] En el caso más simple, y tal como se ha descrito en la tecnología del estado de la técnica anterior, todas las partes del almacenamiento tendrán, de hecho, el mismo flujo de FTC donde los tubos troncales superior e inferior principales por medio de colectores dividen el fluido de transferencia de calor por igual en todas las partes del almacenamiento; es decir, todos los elementos en serie obtendrán el mismo flujo másico y tendrán la misma distribución de temperatura a lo largo de toda la longitud. La presente invención proporciona un diseño innovador con una forma especial de organizar tubos y válvulas de tal manera que el rendimiento global del almacenamiento se mejora significativamente a través de la capacidad de almacenamiento global aumentada y el control de los niveles de temperatura de flujo de salida combinados adecuados para el sistema global de fuente de calor y disipador de calor (uso de calor).

[0055] La motivación y base importantes para la presente invención se ilustran en la figura 4 y, particularmente, en la figura 5. La figura 4 es una ilustración simplificada de un elemento en serie, descrito anteriormente, como una representación de muchos elementos conectados y flujos paralelos dentro de un bloque. Por tanto, el elemento en serie es uno de muchos componentes iguales y paralelos dentro de un bloque que se hacen funcionar de la misma manera. Puesto que todos los elementos en serie del bloque están sujetos a la misma condición de fluido de transferencia de calor, el análisis de la respuesta térmica para todo el bloque se logra simplemente multiplicando los resultados para un único elemento en serie.

[0056] Han de considerarse dos condiciones de funcionamiento o modos de funcionamiento, son la fase de carga con suministro de energía térmica al almacenamiento, y la fase de descarga con extracción de energía térmica del almacenamiento. En la fase de carga, la condición de flujo de entrada para un elemento en serie se define por la temperatura de flujo de entrada de FTC, T<ci>y el caudal másico m<c>(kg/s). La condición de flujo de salida resultante durante la carga se caracteriza por la temperatura de flujo de salida de HTF, T<co>mientras que el caudal másico, o el caudal, es generalmente el mismo m<c>para un fluido incompresible. El flujo de FTC se invierte normalmente durante la descarga de calor con una temperatura de flujo de entrada T<di>y caudal másico m<d>y con la temperatura de flujo de salida resultante de T<do>. En algunas aplicaciones, habrá periodos de reposo entre las fases de carga y descarga. Durante estas fases intermedias de reposo, el flujo másico de FTC es cero y, por tanto, no hay intercambio de energía térmica entre el AET y el sistema externo al que está conectado el AET, pero habrá cierta transferencia de calor dentro de cada elemento en sí mismo. El motivo de esto es simplemente que la temperatura varía tanto en la dirección transversal desde los intercambiadores de calor así como en la dirección longitudinal, y que los gradientes de temperatura dan como resultado flujo de calor y va seguido de una distribución de temperatura más uniforme. Este efecto es normalmente mucho más significativo en la dirección radial normal al intercambiador de calor que en la dirección longitudinal. En la simulación calculada dependiente del tiempo del rendimiento térmico de los elementos de almacenamiento deben incluirse periodos de reposo.

[0058] La figura 5 ilustra aspectos de motivación para la presente invención. Los dos ejes en el diagrama son la dirección longitudinal (x) de un elemento en serie y el otro eje (T) es la temperatura del FTC que fluye a través del tubo de intercambiador de calor. Cuando se carga con una temperatura de flujo de entrada T<ci>después de un ciclo de descarga, la temperatura a lo largo de la longitud del intercambiador de calor se eleva desde la curva de descarga inferior en la figura hasta la curva superior que indica la distribución de temperatura cuando se detiene el proceso de carga con una temperatura de flujo de salida máxima de T<co,max>. Una curva de temperatura intermedia para FTC durante la carga se muestra con una línea discontinua partiendo de T<ci>. T<co,max>puede ser la temperatura máxima prescrita para el flujo de salida de FTC asociado con los requisitos de temperatura para el bucle de FTC global que incluye la temperatura de retorno máxima a la fuente de calor.

[0060] El proceso de descarga “invertido” parte de la condición inicial de la curva superior con la temperatura de flujo de entrada de descarga de T<di>. La curva de temperatura a lo largo de la longitud del almacenamiento se reduce gradualmente con el tiempo hasta que se detiene el proceso de descarga con una temperatura de flujo de salida del FTC de descarga de T<do,min>. Una curva de temperatura intermedia para FTC durante la descarga se muestra con una línea discontinua que parte de T<di>. T<do,min>puede ser el valor prescrito dado por los requisitos del disipador de calor conectado. Para algunas aplicaciones, puede suponerse que la temperatura de flujo de entrada de carga T<ci>y la temperatura de flujo de entrada de descarga T<di>son constantes; sin embargo, este no es necesariamente el caso para todas las aplicaciones.

[0062] Lo que puede detener el ciclo de carga es que disminuye la tasa de carga cuando aumenta la temperatura en el medio de almacenamiento, y posteriormente, que la temperatura de flujo de salida T<co,max>alcanza un máximo con relación al bucle de retorno del ciclo de calentamiento. Un ejemplo de esto es que aceite de FTC que fluye de vuelta a un campo de energía solar de concentración no debe calentarse demasiado simplemente porque esto puede provocar daños al FTC en los receptores de energía solar y debe aumentarse el flujo másico (se reduce la eficiencia del campo solar). De manera similar, durante la descarga de calor, el ciclo de descarga puede tener que detenerse cuando la temperatura de flujo de salida del FTC alcanza un nivel mínimo especificado de T<do,min>. Un ejemplo de yal límite impuesto es que la temperatura requerida para el uso del calor en un sistema de turbogenerador de vapor no puede estar por debajo de un cierto límite debido a los requisitos de turbina y la eficiencia. Alternativamente, el flujo másico puede reducirse para disminuir la caída de temperatura.

[0064] Cuando se considera la figura 5, se observa que todo el elemento en serie podría, en principio, cargarse hasta la temperatura T<ci>continuando el proceso de carga durante un tiempo suficientemente largo, véase la línea superior de la constante T<ci>. De manera similar, todo el elemento en serie podría, en principio, descargarse hasta la temperatura de flujo de entrada de descarga T<di>continuando el proceso de descarga durante un tiempo suficientemente largo. Lo que impide tal utilización es lo ya mencionado, una velocidad de transferencia de calor que disminuye cada vez más, o alternativamente, un flujo másico de FTC que sigue aumentando más allá de los límites impuestos por el sistema externo, y que la temperatura de flujo de salida de FTC se encuentra fuera de los límites aceptables en relación con la fuente de calor y el disipador de calor asociados. Claramente, tales restricciones implican fuertes límites en la utilización y eficiencia del almacenamiento.

[0066] En cuanto a la capacidad de almacenamiento y a su utilización, se observa que el área dentro de la “curva de histéresis” representada por la curva de temperatura de carga superior T<max>desde T<ci>hasta T<co,max>y la curva de temperatura inferior T<min>desde T<di>hasta T<do,min>, proporciona una ilustración de cuánta energía térmica dinámica se almacena durante un ciclo térmico completo. En términos algo simplificados, la energía real almacenada y descargada durante un ciclo puede expresarse mediante la fórmula

[0068]

[0071] q es la capacidad calorífica por longitud unitaria y grado para el elemento (derivado de la propiedad del material e integral sobre el área de sección transversal asociada).

[0072] La capacidad de almacenamiento teórica, máxima es simplemente el área del rectángulo en el diagrama formado por la longitud L y la diferencia entre T<ci>y T<co>

[0074] La razón entre los dos términos de energía expresa un factor que puede denominarse factor de utilización de almacenamiento

[0076]

[0078] Esta es una expresión teórica de la utilización de capacidad, en la que menor de 1 no significa que haya ninguna pérdida de energía térmica como tal. Este factor se aproximará de hecho a 1 si se mantiene la carga y descarga, respectivamente, lo suficientemente largas. Por tanto, el factor de utilización expresa principalmente cuánto está utilizándose de del potencial de almacenamiento teórico en el caso de uso real.

[0079] La presente invención proporciona un método y una configuración de sistema para un AET modular que da como resultado un factor de utilización de almacenamiento aumentado ( aumentado) mientras que al mismo tiempo se satisfacen los requisitos de temperatura, flujo másico y estabilidad de temperatura del flujo de salida de FTC durante ambas fases de carga y descarga. Tal como se explicará, durante tal operación, partes o bloques específicos dentro del almacenamiento global pueden estar preferiblemente por encima del límite de temperatura de flujo de salida de FTC global T<co,max>durante la carga al mismo tiempo que la temperatura de flujo de salida de FTC combinado para todo el almacenamiento cumple con este requisito. Asimismo, durante la descarga, puede permitirse que partes del almacenamiento (bloques) tengan una temperatura de descarga de FTC que esté por debajo de T<do,min>mientras que la temperatura de flujo de salida de FTC combinado para todo el almacenamiento cumple con este requisito.

[0080] Descripción detallada de la invención

[0081] Para explicar la invención con más detalle, será necesario definir algunos nuevos términos además del concepto de bloque que ya se ha introducido antes:

[0082] Por zona se entiende una parte que consiste en uno o varios bloques dentro del almacenamiento total que se hace funcionar en un ciclo coordinado de carga y descarga que puede ser diferente del resto del almacenamiento total. La carga y descarga en una zona o un bloque puede controlarse, de manera uniforme o coordinada, regulando una o más válvulas.

[0083] Por mezclado se entiende que el flujo de FTC de dos o más bloques o zonas se mezcla mediante válvulas de regulación. El mezclado, parcial o totalmente, puede controlarse regulando una o más válvulas. El mezclado puede realizarse gradualmente o por etapas a lo largo del tiempo y tiene lugar dentro del AET.

[0084] Por desplazamiento se entiende que partes del almacenamiento total (un bloque o una zona) se acoplan o desacoplan por etapas por medio de válvulas de apertura o cierre, parcial o completamente. Las zonas o los bloques están acoplados en línea para el flujo de FTC, parcial o totalmente, que puede controlarse regulando una o más válvulas.

[0085] Por caudal másico o caudal se entiende el caudal másico de FTC; kg de FTC/segundo. El caudal másico es directamente proporcional al caudal volumétrico para líquidos incompresibles, dependiendo de la densidad específica del FTC, como sabrá el experto.

[0086] Algunas definiciones y aclaraciones adicionales son las siguientes:

[0087] El FTC, fluido de transferencia de calor, es un líquido, un gas o un líquido-gas bifásico. Ejemplos de líquidos son aceites térmicos, agua y sales fundidas. Ejemplos de gases son vapor, gases de hidrocarburos, gas de escape, gases de combustión y aire. Ejemplos de FTC bifásicos son composiciones o fluidos de agua-vapor y líquido-gas de hidrocarburos.

[0088] Los límites de temperatura para el FTC que fluye dentro y fuera del AET no están regidos por el propio AET, que en bloques y zonas del mismo puede y preferiblemente se hace funcionar más allá de dichos límites, pero por equipos y sistemas externos o el propio FTC. El límite de temperatura de flujo de salida de FTC global T<co,max>durante la carga está limitado por la temperatura de retorno de FTC máxima para un funcionamiento eficiente o posible de los sistemas de fuentes de energía térmica. El límite de temperatura de flujo de salida de FTC global T<do,max>durante la descarga está limitado por los límites de temperatura de FTC máxima de los equipos externos como bombas y turbinas. El propio FTC establece límites, por ebullición o por estar demasiado caliente para el retorno del sistema fuente. Los límites de temperatura mínima T<co,min>T<do,min>se rigen por el aumento de la viscosidad o la solidificación del FTC, y la temperatura mínima para un funcionamiento eficiente de la turbina. Las fuentes conectadas imponen límites por la temperatura de suministro de FTC máxima y la temperatura de flujo de retorno de FTC mínima.

[0089] Se invierte preferiblemente el sentido de flujo del FTC para la carga y descarga si el FTC no cambia de fase, mientras que puede mantener el mismo sentido si el FTC sí que cambia de fase entre la forma líquida y gaseosa. Específicamente, si el FTC es aceite térmico u otro fluido monofásico, preferiblemente se invierte el sentido de flujo de la carga a la descarga. Si el FTC es agua/vapor u otro fluido bifásico, no se invierte el sentido de flujo necesariamente de la carga a la descarga. La terminología para las entradas y salidas son opuestas de ese modo, por ejemplo, el colector de entrada de carga se convierte en el colector de salida de descarga. Por claridad, normalmente sólo se usa el sentido de flujo para la carga y la función resultante de la estructura cuando se describe y define la invención. El experto en la técnica debe saber que los sentidos de flujo y la terminología habitualmente son opuestas de la carga a la descarga. Sin embargo, el sentido de flujo para la carga y descarga puede ser el mismo, y en tal situación la terminología no es opuesta. Una terminología alternativa que puede sustituir el lado de carga de entrada, el lado de carga de salida, el lado de descarga de entrada y el lado de descarga de salida, y la terminología correspondiente para el AET, el método y el uso de la invención, son el lado caliente o el lado más caliente, y el lado frío o el lado más frío, ya que el AET, a menos que haya un periodo de reposo o no activo muy largo tendrá un lado caliente o más caliente y un lado frío o más frío. Más específicamente, suponiendo la inversión del flujo para la carga y descarga, el lado de carga de entrada y el lado de descarga de salida pueden denominarse lado caliente o lado más caliente. Y el lado de carga de salida y el lado de descarga de entrada pueden denominarse lado frío o lado más frío. Por ejemplo, el colector de carga de entrada y el tubo de entrada pueden denominarse colector de lado caliente y tubo de lado caliente, respectivamente, y así sucesivamente. Y la válvula de derivación está en el lado caliente o más caliente.

[0090] Se define terminología como entrada y salida con respecto al sentido de flujo, normalmente durante la carga, a menos que se describa específicamente. La ubicación física de las tuberías y válvulas de lado de entrada está habitualmente en el mismo lado físico de bloques, zonas o todo el AET que las tuberías y válvulas del lado de salida, minimizando así las distancias de tubería y la pérdida de energía térmica de las tuberías y válvulas.

[0091] La válvula de control de flujo, para el control del flujo a través de un bloque o una zona puede estar en el tubo de entrada de lado de carga, denominado alternativamente el tubo de entrada de lado caliente o más caliente, o preferiblemente en el tubo de lado de carga de salida o el tubo de lado frío o más frío, ya que el desgaste térmico es menor debido a la temperatura más baja en el lado frío o más frío.

[0092] Tal como se mostrará más adelante, el funcionamiento del almacenamiento de energía térmica por medio de mezclado y desplazamiento entre bloques o zonas requiere tuberías y válvulas adicionales más allá de lo que es necesario para hacer funcionar todo el almacenamiento de modo síncrono, en paralelo, simple. Un beneficio de la invención descrita es el ahorro de costes, ya que puede reducirse el tamaño real del almacenamiento sin reducción del rendimiento o, alternativamente, lograr una capacidad de almacenamiento aumentada sin aumentar el tamaño real del almacenamiento. Otro beneficio es poder mantener constante la temperatura del flujo de salida combinado del almacenamiento total, o dentro de los límites prescritos, durante las fases de carga y descarga.

[0093] Primera realización: configuración en paralelo

[0094] Se considerarán ahora dos configuraciones topológicas principales de los bloques, a saber configuraciones en paralelo y en serie. La figura 6 muestra, como ejemplo, 5 bloques indicados como “a” a “e” en la configuración en paralelo donde el flujo de FTC a través de cada bloque está controlado por una válvula ajustable asociada, (v<i1>; v<a1>, ..v<e1>). Si todas las válvulas están abiertas, el historial de temperatura en cada bloque respectivo durante la carga y descarga corresponderá a las curvas mostradas en la figura 5 donde la curva de distribución de temperatura para todos los bloques se mueve hacia adelante y hacia atrás entre la curva inferior hacia arriba y la curva superior durante los ciclos térmicos. El proceso tiene que interrumpirse cuando la temperatura de flujo de salida alcanza un máximo predefinido aceptable de T<co,max>o T<do,min>

[0095] La figura 7 muestra la temperatura de flujo de salida durante la carga en función del tiempo con interrupción del proceso en el momento en que la temperatura de flujo de salida alcanza su máximo aceptable. Tal como se observa, la temperatura de flujo de salida de FTC combinado T<co>aumenta con el tiempo desde la T<di>mínima (el extremo frío tiene la temperatura de descarga anterior) hasta la temperatura de flujo de salida de FTC máxima T<co,max>cuando se detiene el proceso de carga, véase también la figura 5.

[0096] Durante la descarga del calor desde el almacenamiento, se invierte el flujo y la distribución de temperatura a través de todos los bloques de almacenamiento cambia con el tiempo desde la curva de temperatura superior, como en la figura 5, hasta la curva de temperatura inferior. El proceso de descarga se detiene cuando la temperatura alcanza un mínimo aceptable definido T<do,min>para el flujo de salida. La figura 8 muestra la temperatura de flujo de salida durante la descarga en función del tiempo con terminación de la descarga cuando se ha alcanzado el límite para la temperatura de flujo de salida de FTC aceptable.

[0097] Debe observarse que los periodos de tiempo para la carga t<c>y para la descarga t<d>no tienen que ser iguales; esto depende de las condiciones globales del sistema con la fuente de calor y el disipador de calor. Los flujos másicos m<carga>y m<descarga>también son parámetros variables que pueden ser diferentes para las dos fases e incluso cambiar con el tiempo.

[0098] La figura 6 indica que cada uno de los bloques en la configuración en paralelo puede tener su propia válvula ajustable que controla qué porción del flujo de FTC total fluirá a través de ese bloque específico. Claramente, el flujo a través de un bloque también depende de los ajustes de válvula para los otros bloques. Tal como se mostrará, la presente invención define un método mediante el cual el calentamiento de bloques individuales durante la carga puede ir más allá de la temperatura máxima de flujo de salida de FTC prescrita T<co,max>mientras que el flujo de salida combinado de varios bloques simultáneos se mantiene exactamente en el límite prescrito.

[0099] La figura 9 ilustra el método mediante el cual puede lograrse esto. Por simplicidad, se supone que los lados fríos de todos los bloques tienen la misma temperatura de partida T<cs>al inicio del proceso de carga de calor. Durante la primera fase del proceso de carga, es igual el flujo másico de FTC a través de los bloques “a” y “b” que están en paralelo. Cuando la temperatura de flujo de salida combinado alcanza T<co,max>, se cierra gradualmente la válvula v<a>mientras que se abre gradualmente la válvula v<c>dando como resultado la inyección de fluido más frío desde el bloque “c” en el flujo de FTC combinado; de esta manera, la temperatura de flujo de salida combinado se mantiene en T<co,max>. A tiempo t<c2>, ya no es posible mantener constante este nivel de temperatura, y la válvula v<d>para el bloque frío “d” debe acoplarse mientras que la válvula v<b>para el bloque “b” se cierra gradualmente. A tiempo t<c3>, de nuevo es imposible mantener la temperatura de flujo de salida combinado en el nivel máximo prescrito, y el bloque frío “e” debe acoplarse gradualmente. Continuando con este procedimiento, el bloque v<c>está completamente cerrado a tiempo t<c4>y finalmente, se termina el proceso de carga total a tiempo t<c5>cuando la temperatura de salida del bloque “e” ha alcanzado la temperatura máxima de flujo de salida prescrita.

[0100] Debe observarse que puede haber formas alternativas de llevar a cabo el proceso de carga mientras se obtienen todavía las ventajas de la invención. Por ejemplo, el número máximo de bloques acoplados simultáneamente puede ser diferente de 3 como en el ejemplo dado, y el número total de bloques en el almacenamiento puede ser claramente diferente del ejemplo descrito en el presente documento que usa 5 bloques. Un ejemplo sería tener 4 bloques y un máximo de 2 bloques acoplados a la vez; esto daría el siguiente proceso por etapas para los bloques: “a” solo, luego “a”+“b”, luego “b”+“c”, luego “c”+“d”.

[0101] Un rasgo notable mediante este método de funcionamiento es que pueden calentarse grandes partes del almacenamiento por encima de la temperatura de flujo de salida máxima T<co,max>durante la carga, mientras la temperatura del fluido FTC combinado que procede del almacenamiento se mantiene a este nivel de temperatura aceptable, o deseado. Otro beneficio significativo es que la temperatura de flujo de salida se mantiene constante en su mayor parte, lo que es claramente una ventaja para muchos sistemas de aplicación de almacenamiento de calor. La figura 10 muestra un enfoque similar para el control de la temperatura de FTC y la utilización mejorada del almacenamiento durante el proceso de descarga de energía térmica. En cuanto al ejemplo de carga, el número de bloques es de 5 y el número máximo de bloques acoplados simultáneamente es de 3. Por simplicidad, se supone que el lado caliente de todos los bloques tiene la misma temperatura de partida T<ds>. En la primera fase, el flujo pasa a través de “a” y “b” en paralelo hasta que la temperatura de flujo de salida combinado se reduce al valor admisible mínimo T<do,min>a tiempo t<d1>. En este punto, el bloque “c” se acopla gradualmente abriendo la válvula v<c1>mientras se cierra gradualmente la válvula v<a1>. A tiempo t<d2>, el bloque “a” está completamente desacoplado mientras que el bloque “d” se acopla gradualmente. Las siguientes etapas de “c”+“d”+“e” y “d”+“e” deben quedar claras a partir de la figura.

[0102] De nuevo, lo notable en este caso es que los bloques “a”, “b”, “c” y “d” se descargan muy por debajo de la temperatura de flujo de salida mínima T<do,min>mientras que la temperatura del fluido FTC combinado procedente del almacenamiento se mantiene a este nivel de temperatura aceptable. Como en el caso de la carga, otro beneficio es que la temperatura de flujo de salida puede mantenerse constante en su mayor parte durante la descarga. Tal temperatura constante puede ser una ventaja cuando, por ejemplo, se usa el calor descargado para generar vapor para una turbina de vapor en condiciones de temperatura y presión casi constantes.

[0103] Tal como se ha explicado anteriormente, el número total de bloques y el número máximo de bloques acoplados simultáneamente pueden ser diferentes de lo que se describe en el ejemplo de proceso de descarga de energía térmica anterior mientras que el método como tal permanece igual. Un comentario adicional es que para la configuración en paralelo no importa mucho desde qué extremo parte el proceso de descarga, para los casos mostrados puede partirse alternativamente del lado “e” y avanzar hacia “a”, pero todavía con sentido de flujo invertido con respecto al proceso de carga.

[0104] Las ventajas obtenidas se ilustran adicionalmente en la figura 11. El hecho de que se calienten grandes partes del almacenamiento por encima de la temperatura de flujo de salida máxima T<co,max>durante la carga y por debajo de la temperatura de flujo de salida mínima T<do,min>durante la descarga significa que la envolvente de almacenamiento de calor, indicada anteriormente en la figura 5, está expandiéndose ahora hasta nuevos niveles tal como se muestra por áreas sombreadas en vertical adicionales en la figura 11. Obsérvese que las abscisas es la dirección longitudinal de los elementos combinados. Esto significa simplemente que la capacidad de energía global para almacenar calor ha aumentado en gran medida mientras que todavía se satisfacen las principales restricciones de temperatura de flujo de salida. También significa que el factor de utilización de almacenamiento, definido en la ecuación (3), aumentará significativamente de valor. En términos prácticos, se lograrán un rendimiento y una eficiencia de costes globales significativamente mejorados del almacenamiento de energía térmica mediante el uso de la invención.

[0106] Este ejemplo con 5 bloques en la configuración en paralelo mostrado en la figura 6 puede estar relacionado con la ejemplificación de almacenamiento físico mostrada en la figura 2, suponiendo que el flujo de FTC a través de cada uno de los cinco apilamientos puede controlarse completamente mediante un sistema de tubos y válvulas asociado; por tanto, cada “apilamiento” se convierte en un “bloque”. El caso analizado ahora con el flujo de hasta tres bloques que se mezclan y desplazan durante la carga y descarga puede ejecutarse de ese modo según lo que se muestra en las figuras 9 y 10. El resultado mejorará la capacidad de almacenamiento global combinada con una temperatura de flujo de salida de FTC estable del sistema de almacenamiento de energía térmica.

[0108] Obsérvese que estos son ejemplificaciones seleccionadas de la presente invención. Otras aplicaciones pueden incluir diferentes números de bloques (distintos de cinco) y con mezclado de flujo de un número diferente de bloques (distintos de hasta tres) mientras el principio de rendimiento de almacenamiento mejorado sigue siendo el mismo. Obsérvese también que la innovación se aplica igualmente bien a elementos que están dispuestos en vertical en lugar de en horizontal, y a otros tipos de AET que pueden hacerse funcionar con control de bloques de FTC. Finalmente, cualquier tipo de AET seccionado y controlado por bloques puede beneficiarse del uso del método ideado por la presente invención. Parte o la totalidad del flujo de FTC puede ser por el exterior de los elementos tal como se muestra para un bloque en la figura 3.

[0110] Segunda realización: configuración en serie

[0112] La presente invención también incluye una configuración en serie de bloques en lugar de una topología en paralelo tal como se ha mostrado anteriormente. Sin embargo, la topología de flujo en serie requiere conexiones de tubo algo diferentes entre bloques y una colocación diferente de válvulas ajustables por bloque. Esto se ilustra para un sistema de 5 bloques en la figura 12.

[0114] En el caso más simple, todas las válvulas de derivación v<i2>están cerradas. Esto significa que durante la carga el FTC fluye a través de todos los bloques en secuencia hasta que la temperatura de flujo de salida del último bloque alcanza T<co,max>. La distribución de temperatura en la dirección longitudinal combinada corresponde entonces a la curva de histéresis superior en la figura 5, lo que significa que los bloques al final de la trayectoria de flujo se utilizarán de manera bastante deficiente. De manera similar, durante la descarga con flujo invertido, la distribución de temperatura en la dirección longitudinal total corresponderá a la curva de histéresis inferior en la figura 5 con punto final en el lado caliente de T<do,min>. Esto significa que los bloques en el lado izquierdo (a, b, c) se utilizarán de manera bastante deficiente en cuanto a descarga de calor, mientras que los bloques en la parte central se utilizarán mejor en cuanto a diferencia de temperatura entre las condiciones cargada y descargada.

[0116] El objetivo para los bloques conectados en serie es obtener ventajas similares a las de la configuración en paralelo, es decir, una mejor utilización global del almacenamiento. Aunque puede haber espacio para una configuración y disposición de tubos alternativas, el siguiente ejemplo ilustrará la metodología en serie relacionada con la figura 12. El principio básico es que es sencillo regular el flujo a través de cada bloque ajustando la apertura de la válvula de derivación asociada. Cuando la válvula de derivación está completamente cerrada, se fuerza el flujo de FTC a pasar a través del bloque. Cuando la válvula de derivación está completamente abierta, todo el flujo de FTC sorteará completamente el bloque simplemente porque hay una caída de presión significativamente mayor sobre el bloque mientras que prácticamente no hay caída de presión a través de una válvula de derivación completamente abierta. Esto también se ilustra en la figura 13 donde el grado de apertura de la válvula de derivación v<i2>para el bloque “i” determina cuánto fluido discurrirá a través del bloque. La presión de fluido antes en el tubo troncal (el tubo común) es p<i>mientras que la presión reducida después de la unión del tubo de bloque y del tubo de derivación (con válvula ajustable v<i2>) es p<i+1>. El equilibrio de presión implica que la pérdida de presión en el bloque “i” debe ser exactamente igual que la pérdida de presión a través de la válvula de derivación “i”. Cuando la válvula de derivación se abre sólo un poco, la parte principal del flujo pasará a través del bloque debido a la acción de cuña de la válvula. Cuando la válvula se abre más, la caída de presión en la válvula será menor y la velocidad de flujo a través del bloque se reducirá hasta una velocidad que proporcione la misma caída de presión que a través de la válvula. La pérdida de presión en el bloque está determinada por la ecuación de Darcy-Weisbach

[0119]

[0122] dondepes la pérdida de presión en el tubo,fDes el coeficiente de fricción para la superficie interna, es la velocidad de fluido promedio a través del tubo,Les la longitud del tubo yDes el diámetro del tubo. En caso de muchos flujos paralelos a través de un bloque tal como se ilustra en la figura 2, la ecuación de pérdida de presión se aplica a cada uno de los elementos en serie tal como se muestra en la figura 4.

[0123] Notablemente, la regulación del flujo de derivación es altamente no lineal y bastante sensible a los ajustes de la apertura de válvula (flujo másico efectivo). El mecanismo de control para el ajuste de válvula puede basarse en la medición del flujo másico a través del tubo de derivación y las temperaturas de fluido a través de las dos ramificaciones. La forma en que esto puede equilibrarse se explicará más adelante.

[0125] Considerando de nuevo la figura 12, hay, en principio, dos formas de hacer funcionar un sistema en serie de este tipo. El primer método es un “enfoque binario” mediante el cual el flujo o bien sortea completamente un bloque (válvula de derivación completamente abierta) o bien el flujo pasa completamente a través del bloque (válvula de derivación completamente cerrada). Este enfoque se ilustra en las figuras 14 y 15 para la carga y descarga, respectivamente. Por simplicidad, se supone que se parte de un nivel de temperatura inicial uniforme T<cs>en el lado frío de todos los bloques. Para la primera etapa de carga, la válvula de derivación v<a2>se cierra mientras que todas las demás válvulas están abiertas. Esto significa que todo el flujo de FTC pasa a través del bloque “a” hasta que se alcanza una temperatura de FTC máxima prescrita T<co,max>a tiempo t<c1>. En este punto en el tiempo, se cierra la válvula de derivación v<b2>de tal manera que el flujo continúa desde “a” a través del bloque “b”. Cuando la temperatura de flujo de salida de “b” alcanza T<co,max>a tiempo t<c2>, se abre la válvula v<a2>para la derivación completa mientras que se cierra la válvula v<c2>de tal manera que el flujo pasa a través de “b” y “c”. Este proceso de carga continúa con acoplamiento y desacoplamiento de bloques consecutivos, tal como se observa en la figura 14.

[0127] El proceso de descarga “binario” correspondiente se ilustra a partir de una temperatura de partida supuestamente uniforme T<ds>en el lado caliente de todos los bloques, véase la figura 15. El flujo de FTC se invierte completamente durante la descarga de tal manera que el FTC entra en primer lugar en el bloque “e”. El FTC fluye a través del bloque “e” hasta que la temperatura de flujo de salida ha disminuido hasta un límite inferior y aceptable T<do,min>a tiempo t<d1>. En ese punto en el tiempo, se abre la válvula vecina v<d2>y el flujo continúa desde “e” a través del bloque “d”. A tiempo t<d2>, la temperatura de flujo de salida ha disminuido de nuevo hasta el límite T<do,min>y el siguiente bloque “c” tiene que acoplarse cerrando v<c2>y se desacopla el bloque “a” abriendo completamente v<a2>. Las siguientes etapas son similares.

[0129] La temperatura de flujo de salida resultante se muestra con líneas trazadas de manera continua y en negrita en las figuras 14 y 15, mientras que las temperaturas de flujo de salida intermedias de bloques específicos se indican con líneas discontinuas y en negrita. Es importante observar que la mayoría de los bloques pueden cargarse hasta un nivel de temperatura mayor que T<co,max>y se descargan hasta un nivel menor que T<do,min>, mientras la temperatura de flujo de salida en serie se mantiene entre los límites aceptables. Esto significa que el almacenamiento puede cargarse en total hasta una temperatura más alta y un nivel de energía más alto de lo que debería implicar el valor límite T<co,max>y, de manera similar, se descarga hasta una temperatura más baja y un nivel de energía más bajo lo que debería implicar el valor límite T<do,min>. Un resultado de este enfoque es que aumentará la capacidad de almacenamiento global. Una desventaja mediante este enfoque es que la temperatura de flujo de salida varía gradualmente bastante con el tiempo en lugar de mantenerse estable. En qué medida esto es indeseable depende de los requisitos asociados con los bucles de FTC del disipador de calor y la fuente de calor.

[0131] Tal como se ha mencionado, y tal como se observa en las figuras 14 y 15, el enfoque binario tiene la desventaja de que la temperatura de FTC de flujo de salida varía/salta cada vez que hay un desplazamiento discreto a un nuevo bloque; esto se aplica tanto al modo de carga como al de descarga. Tal como se muestra en las figuras 16 y 17, este problema puede mitigarse mediante el ajuste continuo de la apertura y el cierre de las válvulas de derivación en lugar de usar sólo los estados de estar completamente abierta o completamente cerrada. Por ejemplo, el modo de carga mostrado en la figura 16 comienza con un estado en el que se supone que el lado frío de todos los elementos tiene la misma temperatura de partida T<cs>. La primera etapa comienza cerrando las válvulas de derivación v<a2>mientras que todas las demás válvulas están abiertas, cargando de ese modo sólo los bloques “a” y sorteando todos los demás bloques. Cuando la temperatura de flujo de salida del bloque “a” a tiempo t<c1>ha alcanzado T<co,max>, se emprenden acciones para no superar este límite de temperatura. Esto se realiza cerrando gradualmente (restringiendo) la válvula v<b2>mientras que la válvula v<a2>se abre gradualmente, y dejando pasar el flujo parcialmente al exterior del bloque “a”. La figura muestra cómo se realiza el equilibrado de las válvulas de tal manera que la temperatura de FTC combinado después de que se acople el bloque “b” se mantiene al nivel deseado T<co,max>. A tiempo t<c2>, el bloque “a” se sortea completamente mientras que el bloque “b” suministra FTC al límite de temperatura. Este es el momento en que el bloque de enfriador “c” se acopla gradualmente mientras que el bloque “b” que ahora está por encima de T<co,max>se desacopla gradualmente mientras se mantiene el flujo mezclado después de “c” en el límite de temperatura deseado. Se continúa con el proceso de carga después de eso, usando el mismo procedimiento de desplazamiento y mezclado gradual. En cuanto al proceso “binario” mostrado en la figura 14, el resultado de la estrategia de mezclado es que pueden cargarse significativamente las partes principales del almacenamiento más allá del límite de temperatura (véanse las líneas discontinuas). Sin embargo, el “efecto de sobrecarga” puede ser un poco más pequeño cuando se usa el mezclado, ya que el flujo másico real a través del bloque sobrecargado está reduciéndose en lugar de mantenerse a nivel completo. Otra diferencia entre los dos casos es que la resistencia al flujo total para el primer caso procede del flujo completo a través de dos bloques mientras que la derivación parcial del caso de mezclado da como resultado una menor resistencia al flujo.

[0133] El proceso de descarga correspondiente que implica dos bloques concurrentes en el desplazamiento y mezclado se muestra en la figura 17. Suponiendo por simplicidad que todos los bloques tienen la misma temperatura de partida de lado caliente T<ds>antes de la descarga, el flujo invertido parte del flujo completo a través del bloque “e” hasta que se ha alcanzado la temperatura de descarga mínima T<do,min>a tiempo t<d1>. En ese punto en el tiempo, la válvula de derivación v<e2>para el bloque “e” se abre gradualmente mientras la válvula de derivación v<d2>para el bloque vecino “d” que se cierra gradualmente. Esto se realiza de tal manera que el flujo de FTC mezclado después de “d” se mantiene constante a T<do,min>mientras que la temperatura en el bloque “e” desciende por debajo de este nivel mínimo. A tiempo t<d2>, la temperatura de flujo de salida del bloque “d” ha alcanzado la T<do,min>mínima, mientras que el bloque “e” finalmente se sortea completamente. En ese momento, el bloque “c” está acoplándose gradualmente mientras que el bloque “d” está retirándose gradualmente mientras se mantiene el flujo de salida combinado en el nivel deseado. El proceso continúa hasta los siguientes bloques vecinos de la misma manera hasta que se ha descargado casi todo el almacenamiento por debajo de la temperatura de flujo de salida. Claramente, este procedimiento permite tanto una temperatura de flujo de salida estable como una descarga profunda.

[0135] Resultará posible aumentar la cantidad de carga y descarga incluso más allá de lo que se muestra en las figuras 16 y 17 mediante un procedimiento extendido que implica más de dos bloques en funcionamiento en un momento dado. Existen muchas maneras de configurar flujos en serie; la figura 18 es una ilustración de un caso en el que tres bloques pueden estar implicados simultáneamente en el modo de carga. El principio puede parecer algo complejo, y sólo se proporcionará una breve explicación. Durante el intervalo de tiempo inicial, el flujo FTC pasa completamente y en serie a través de los bloques “a” y “b”. Cuando la temperatura en la unión entre b y c alcanza el valor máximo T<co,max>, entonces parte de este flujo se desvía a través del siguiente bloque frío “c” de tal manera que el flujo resultante de “b” se mezcla con el flujo de “c” de tal manera que la temperatura de fluido combinado en la unión entre “c” y “d” mantiene el nivel deseado de T<co,max>. Al mismo tiempo, se reduce gradualmente el flujo que pasa a través de “a” abriendo la válvula de derivación v<a2>. Se reduce simultáneamente la pérdida de presión sobre el bloque “a”. Cuando, a tiempo t<c2>, ya no es posible mantener la temperatura de flujo de salida T<co,max>, el flujo mezclado en la unión “c-d” se desvía parcialmente a través del bloque frío “d” de tal manera que el flujo de salida mezclado en la unión “d-e” se mantiene a este nivel de temperatura deseado. El bloque “b” está sorteándose gradualmente durante esta secuencia para reducir la resistencia al flujo. Después del tiempo t<c3>, el flujo combinado de la unión “d-e” se mezcla gradualmente con el flujo a través del bloque “e” de tal manera que se mantiene la temperatura de flujo de salida deseada. A tiempo t<c4>, el flujo pasa completamente a través del bloque “e” y ya no se requiere mantener el valor de temperatura de flujo de salida. El “paréntesis” alrededor de un nombre de bloque en la figura indica flujo parcial a través de ese bloque. Puede mostrarse que el acoplamiento de tres bloques en lugar de dos permite un nivel de temperatura más alto durante la carga. Un procedimiento similar para tres bloques durante la descarga es esencialmente “la inversa” de lo que se muestra en la figura 18 y no se ilustrará y explicará adicionalmente.

[0137] En el caso “último”, todos los bloques pueden conectarse en serie al mismo tiempo tanto para los modos de carga como de descarga; esto se ilustra en las figuras 19 y 20 para la carga y descarga, respectivamente. Durante la carga, el flujo pasa en primer lugar a través del bloque “a” hasta que se ha alcanzado la temperatura máxima admisible T<co,max>a tiempo t<c1>. El bloque “b” se acopla entonces cerrando gradualmente la válvula de derivación v<b2>de tal manera que la temperatura de flujo combinado después de “b” se mantiene al nivel deseado. Cuando se ha alcanzado la temperatura de flujo de salida máxima a tiempo t<c2>, el bloque “c” se acopla gradualmente. Este proceso continúa hasta que se han acoplado todos los bloques. La ventaja mediante este proceso es que puede obtenerse una carga de calor total muy alta; de hecho, el calentamiento de los primeros bloques puede alcanzar una temperatura que está muy cerca de la temperatura de carga T<ci>mientras que el flujo de salida en serie combinado se mantiene a la temperatura T<co,max>deseada, mucho más baja. La desventaja es que la resistencia al flujo aumenta cada vez que se acopla un nuevo bloque. Por tanto, será necesario aumentar la presión de bombeo en consecuencia para mantener constante el flujo másico. Otra consideración es que un grado tan alto de carga de energía para un tamaño dado de almacenamiento aumentará claramente el tiempo de carga; esto se debe simplemente a que el contenido de energía en el flujo de entrada de FTC es fijo y el suministro de más energía lleva más tiempo. Una visión diferente es que la fuente de calor proporcionará un número dado de horas para la carga y que el almacenamiento proporciona la mejor tasa de absorción de energía posible (temperatura de flujo de salida de FTC en el límite), por tanto, el almacenamiento puede hacerse más pequeño y a menor coste simplemente porque la cantidad local de calor almacenado en las partes principales del almacenamiento se ha aumentado (aumentado más allá de T<co,max>).

[0139] El proceso de descarga correspondiente con acoplamiento secuencial de todos los bloques de una manera en serie se ilustra en la figura 20. La lógica de cerrar válvulas de manera gradual y secuencial para acoplar nuevos bloques corresponde esencialmente a lo que se ha explicado anteriormente para la carga.

[0141] El efecto de alcanzar temperaturas de almacenamiento más altas que la T<co,max>máxima prescrita para grandes partes del almacenamiento durante la carga, significa esencialmente que la envolvente de temperatura superior se mueve más hacia arriba tal como ya se ha mostrado en la figura 11. Cuánto se mueve esta envolvente hacia arriba depende del final de las temperaturas de carga, tal como se indica en las figuras 14, 16, 18 y 19 con círculos. De manera similar, el efecto de alcanzar temperaturas de almacenamiento más bajas que la T<do,min>máxima prescrita para grandes partes del almacenamiento durante la descarga, significa esencialmente que la envolvente de temperatura inferior se mueve más abajo, tal como se muestra también en la figura 11. Cuánto se mueve hacia abajo esta envolvente depende del final de las temperaturas de descarga que se indican en las figuras 15, 17 y 20 con círculos.

[0142] Este ejemplo con 5 bloques en la configuración en serie mostrada en la figura 12 puede estar relacionado con la ejemplificación de almacenamiento físico mostrada en la figura 2, suponiendo que el flujo de FTC a través de cada una de las cinco capas de módulos puede controlarse completamente mediante un sistema de tubos y válvulas asociado; por tanto, cada “capa de módulos” se convierte en un “bloque”. Esto significa que habrá válvulas por encima y por debajo de cada capa y un tubo de derivación y una válvula de control hasta el lado de cada bloque de capas mientras que todos los flujos paralelos a través de los módulos dentro de uno de tales bloques serán iguales. Los casos analizados ahora con flujo combinado en serie de dos bloques al mismo tiempo sin mezclado de derivación tal como se muestra en las figuras 14 y 15, fluyen de manera similar con mezclado de derivación tal como se ilustra en las figuras 16 y 17 y, finalmente, el mezclado gradual de flujo en serie a lo largo de los bloques mostrado en la figura 19, el flujo puede ejecutarse para el ejemplo en la figura 2. El resultado de esta configuración y funcionamiento mejorará la capacidad de almacenamiento global, y la posibilidad de suministrar una temperatura de flujo de salida de FTC estable desde el sistema durante las fases de carga o descarga.

[0143] Obsérvese que estas son ejemplificaciones seleccionadas de la presente invención. Otras aplicaciones pueden incluir diferentes números de bloques (distintos de cinco) y con mezclado de flujo de un número diferente de bloques al mismo tiempo mientras el principio de rendimiento de almacenamiento mejorado sigue siendo el mismo. Obsérvese también que la innovación se aplica igualmente bien a elementos que se encuentran en vertical en lugar de en horizontal, y a otros tipos de almacenamiento de AET que pueden hacerse funcionar con control de bloques de FTC.

[0144] Realización principal: Sistema general en paralelo-en serie combinado

[0145] La figura 21 muestra una configuración de bloques, tubos y válvulas que permite una elección entre un enfoque con flujo en paralelo con mezclado y desplazamiento, así como una solución con flujo en serie con mezclado y desplazamiento. Esta configuración particular requiere un tubo troncal, también denominado colector, a ambos lados del conjunto de bloques, con respecto al lado de entrada y salida del flujo, y que cada uno de los bloques tenga una válvula de regulación v<i1>para el flujo a través del bloque, una válvula de regulación v<i2>para sortear el bloque, y una válvula de conmutación v<is>que determina si el bloque debe conectarse en el modo en paralelo o en el modo en serie. La figura 22 ilustra los principios de dos formas de válvulas de conmutación representadas por un par de válvulas de apertura-cierre en un caso, y una única válvula de conmutación rotatoria en el otro. Pueden emplearse igualmente bien otros tipos de válvulas de conmutación. En el contexto de la presente invención, se usa el término “válvula de conmutación” para una única válvula dispuesta en la unión del tubo de salida y el tubo de retorno en serie, o dos o más válvulas dispuestas en el tubo de salida y el tubo de retorno en serie, respectivamente, teniendo la válvula de conmutación en cualquier realización la funcionalidad descrita.

[0146] En el modo en paralelo, todas las válvulas de derivación v<i2>están completamente abiertas, las válvulas de regulación de flujo continuo v<i1>se ajustan según la situación dependiente de la temperatura y el tiempo del flujo deseado a través del bloque, mientras que la válvula de conmutación se establece en una posición de flujo en paralelo que conecta el bloque directamente con el tubo troncal en el otro lado del bloque. Esto corresponde al sistema de tubos y válvulas mostrado en la figura 6.

[0147] En el modo en serie, todas las válvulas de flujo continuo v<i1>están completamente abiertas y las válvulas de derivación v<i2>se ajustan según la situación dependiente del tiempo del flujo deseado a través del bloque, mientras que las válvulas de conmutación se establecen en la posición de flujo en serie que se conecta directamente con el bloque vecino. Esto corresponde al sistema de tubos y válvulas mostrado en la figura 12.

[0148] Aprovechando completamente las posibilidades del sistema general mostrado en la figura 21, será posible hacer funcionar bloques del almacenamiento en el modo en paralelo y otros bloques del almacenamiento en el modo en serie. Otra posibilidad es hacer funcionar el sistema en el modo en paralelo durante la carga y en el modo en serie durante la descarga; o, viceversa. Todo lo considerado, la disposición general de tubos y válvulas de la invención permite un rendimiento mucho más mejorado de un almacenamiento de energía térmica y una flexibilidad extrema en la forma en que se hace funcionar.

[0149] Zonificación temporal

[0150] Puede ser deseable configurar un AET según un conjunto de diferentes necesidades de almacenamiento y ciclos temporales. Con la presente invención, esto puede realizarse de una manera muy simple y flexible haciendo funcionar el almacenamiento con varias zonas donde tal zona puede consistir en varios bloques. Esto puede ser muy útil ya que puede ser deseable que el almacenamiento sea capaz de responder a un conjunto de varios patrones de tiempo diferentes para la carga así como para la descarga. Por ejemplo, puede haber necesidad de ciclos de carga y descarga de 24 horas de día laborable, mientras que la energía excedente de los fines de semana (menos consumo de energía) puede acumularse durante esta interrupción y descargarse gradualmente durante las horas pico de los días laborables, lo que implica que el ciclo de carga y descarga completo tarda una semana completa. Por tanto, una parte o zona principal del almacenamiento puede utilizarse para ciclos de 24 horas mientras que otra zona se reserva para ciclos semanales. También pueden mantenerse partes de reserva del almacenamiento durante ciclos de almacenamiento incluso más largos conectados con, por ejemplo, energía eólica que varía normalmente con los patrones meteorológicos. Además, puede haber periodos en los que la energía eólica es extremadamente barata y puede usarse para acumular una reserva de energía que puede usarse posteriormente cuando hay escasez de energía eólica debido a las condiciones meteorológicas.

[0151] En la figura 23, se ilustra un ejemplo de zonificación que indica la división en secciones del almacenamiento en, pero sin limitarse a, zonificación de 24 horas, semanal y de tiempo de reserva. Es importante observar que tal división no tiene que ser fija y permanente, sino que puede configurarse según las estaciones y la necesidad dinámica mediante el uso de la flexibilidad proporcionada por la presente invención. Esto se realiza fácilmente por medio de válvulas de control remoto y de apertura y cierre para la carga y descarga según el diseño mostrado en la figura 21. Claramente, existe una elección para aplicar tanto la configuración en paralelo como la serie según lo que sirva mejor para la situación. El AET comprende preferiblemente al menos una zona temporal más corta y una zona temporal más larga, preferiblemente al menos la zona temporal más corta comprende válvulas de control, mientras que la zona temporal más larga comprende válvulas abiertas-cerradas o válvulas de control.

[0152] Instrumentación y control

[0153] Un almacenamiento según la invención puede hacerse funcionar de diferentes maneras en cuanto a tiempo y espacio ajustando las válvulas en posiciones según el propósito. Tales ajustes pueden depender en gran medida de las condiciones térmicas reales a lo largo del almacenamiento, así como de los requisitos de la fuente de calor y del disipador de calor. Puesto que tales condiciones varían con el tiempo, es deseable tener un control dinámico completo sobre los ajustes de todas las válvulas que regulan el flujo. Por motivos prácticos, tales ajustes deben hacerse funcionar preferiblemente de manera automática y en remoto desde un centro de control de operaciones para el almacenamiento de energía térmica. El proceso puede estar regido por un algoritmo para la optimización del rendimiento. Además, deben implementarse diversos sensores para medir la temperatura en el FTC y en los materiales sólidos y conectarse directamente con la instalación de control. Asimismo, debe ser posible medir el flujo másico de FTC y, en consecuencia, regular las bombas para garantizar que se cumplan los objetivos con respecto a la energía de carga, almacenamiento y descarga. Tales operaciones pueden hacerse automáticas en gran medida y controlarse mediante el uso de programación mediante inteligencia artificial (IA). Preferiblemente, los sensores acoplados operativamente a un sistema de control comprenden al menos un sensor de temperatura en el colector de entrada de carga, un sensor de temperatura en el colector de salida de carga y al menos un sensor de temperatura en cada bloque o zona. Preferiblemente, al menos dos sensores de temperatura están dispuestos en cada bloque o zona, preferiblemente uno en un lado de carga de entrada y otro en un lado de carga de salida del bloque o la zona, para un mayor control y redundancia. Preferiblemente, el colector de carga comprende al menos dos sensores de temperatura y el colector de salida de descarga comprende al menos dos sensores de temperatura, para un mayor control y redundancia.

[0154] Bombas y bombeo

[0155] En muchas realizaciones, las bombas de fuentes o sistemas externos son suficientes para bombear FTC a través del AET durante la carga y descarga de energía térmica, por tanto, las bombas no se definen como una parte obligatoria del AET. En otras realizaciones, particularmente con fuentes conectadas que suministran energía eléctrica, están dispuestas preferiblemente bombas dedicadas para bombear FTC a través del AET durante la carga y descarga de energía térmica. En cualquier caso, las bombas y/o válvulas externas o dedicadas para controlar el caudal másico de FTC global, están acopladas operativamente a los sensores de temperatura y/o al sistema de control usado para el funcionamiento del AET, en el que los sensores son como mínimo tal como se describen en “Instrumentación y control” anteriormente.

[0156] Sumario del efecto técnico de la invención

[0157] La presente invención permite mejoras significativas en el rendimiento y la eficiencia del almacenamiento de energía térmica (AET), calor sensible, en comparación con las formas de utilizar tal almacenamiento según la técnica anterior. El almacenamiento está dividido en bloques a lo que da servicio un sistema de tubo troncal común para transferir calor por medio del fluido de transferencia de calor (FTC) a y desde el almacenamiento y donde el FTC fluye a través de los bloques individuales y se controlan a través de un sistema específico de válvulas. El FTC puede fluir a través de cualquier número de estos bloques de una manera en paralelo o en serie. El desplazamiento de la activación de bloques y el mezclado de flujos de FTC con diferentes temperaturas son una parte de esta tecnología. La invención también proporciona el uso del método de la invención con un almacenamiento de energía térmica de la invención, para proporcionar una o más de las ventajas o funcionalidades, en cualquier combinación:

[0158] a. flujo en paralelo con desplazamiento

[0159] b. flujo en serie con desplazamiento

[0160] c. cualquier combinación de flujo en paralelo y en serie

[0161] d. mantener una temperatura de flujo de salida deseada del almacenamiento durante la carga

[0162] e. mantener una temperatura de flujo de salida deseada del almacenamiento durante la descarga f. obtener una cantidad aumentada de energía térmica cargada mientras se satisfacen todavía los requisitos (d) de temperatura de flujo de salida de FTC

[0163] g. obtener una cantidad aumentada de energía térmica descargada mientras se satisfacen todavía los requisitos (e) de temperatura de flujo de salida de FTC

[0164] h. obtener una potencia térmica constante con un flujo másico de FTC constante durante la fase de carga, en comparación con la tecnología del estado de la técnica en la que debe aumentarse el flujo másico para mantener una potencia constante.

[0165] i. obtener una potencia térmica constante con un flujo másico de FTC constante durante la fase de descarga, en comparación con la tecnología del estado de la técnica en la que debe aumentarse el flujo másico para mantener una potencia constante.

[0166] j. posibilidad de zonificación del AET con diferentes objetivos de ciclos y modos de funcionamiento k. lograr una seguridad global mejorada del AET debido a un sistema extensivo de válvulas de control que pueden cerrarse automáticamente.

[0167] l. permitir inspecciones, mantenimiento y/o reparaciones, incluyendo también drenaje de FTC, de una o más partes del AET global mientras que otras partes se mantienen en funcionamiento.

[0168] m. proporcionar hasta una mejora superior al 60 % con respecto a la capacidad en comparación con un AET similar sólo con una entrada/salida en el lado caliente y frío, respectivamente, sin desplazamiento, mezclado, bloques/zonas y válvulas según se requiera para el AET y el método de la invención.

Claims

1. REIVINDICACIONES

1. Almacenamiento de energía térmica, AET, que comprende:

al menos dos bloques o zonas que se hacen funcionar con respecto a la carga y descarga de energía térmica haciendo fluir un fluido de transferencia de calor, FTC, a través del bloque o la zona; un colector de carga de entrada; un colector de carga de salida; un tubo de entrada dispuesto desde el colector de carga de entrada hasta cada bloque o zona; una salida desde cada bloque o zona; y

caracterizado porque el AET comprende además una estructura adicional tal como sigue:

una o más de las válvulas: una válvula de control de flujo de dos vías (v<i1>; v<a1>,..v<e1>) dispuesta en al menos uno de los tubos de entrada, entradas, salidas y tubos de salida de bloque o zona, para el control del flujo a través del bloque o la zona; una válvula de derivación de control de flujo de dos vías (v<i2>; v<a2>,..v<e2>) dispuesta en secciones de tubo de lado de carga de entrada entre el tubo de entrada y el retorno de flujo en serie para el bloque o la zona, para derivar el flujo y control de flujo en serie; y

en realizaciones con dicha válvula de control de flujo de dos vías y/o dicha válvula de derivación de control de flujo de dos vías, una válvula de conmutación de tres vías de lado de carga de salida (v<is>; v<as>,..v<es>) dispuesta en al menos uno de tubos de salida y salidas de bloque o zona, para el control del flujo en serie y el flujo en paralelo; y

uno o más de los tubos: un tubo de salida desde una salida de bloque o zona o una válvula de conmutación en dicha salida hasta el colector de carga de salida, un tubo de retorno de flujo en serie dispuesto desde una salida de bloque o zona o desde una válvula de conmutación en el tubo de salida hasta el lado de carga de entrada de un siguiente bloque o zona de flujo en serie,

en el que cada bloque/zona puede hacerse funcionar dentro del intervalo de temperatura completo del AET, haciendo fluir fluido de transferencia de calor a través de los bloques/zonas para la carga y descarga, respectivamente, según la temperatura del fluido de transferencia de calor y dichos bloques/zonas, haciendo funcionar dichas válvulas para hacer fluir fluido de transferencia de calor en serie y/o en paralelo, desde bloques/zonas o lado de temperatura más alta hasta temperatura más baja cuando se carga y desde bloques/zonas o lado de temperatura más baja hasta más alta cuando se descarga.

2. Almacenamiento de energía térmica según la reivindicación 1, que comprende bloques o zonas con válvulas que consisten en una válvula de control de flujo de dos vías (v<i1>; v<a1>,..v<e1>) en cada tubo de entrada o tubo de salida de bloque o zona, y un tubo de salida desde el bloque o la zona hasta el colector de carga de salida, para hacer funcionar los bloques o las zonas total o parcialmente en un modo de flujo en paralelo.

3. Almacenamiento de energía térmica según la reivindicación 1 ó 2, que comprende bloques o zonas con válvulas que consisten en válvulas de derivación de control de flujo de dos vías (v<i2>; v<a2>,..v<e2>) dispuestas en una sección de tubo de lado de carga de entrada entre el tubo de entrada y el retorno de flujo en serie para el bloque o la zona, y un tubo de retorno de flujo en serie de bloque o zona, para hacer funcionar los bloques o las zonas total o parcialmente en un modo de flujo en serie.

4. Almacenamiento de energía térmica según la reivindicación 1, 2 ó 3, que comprende al menos un bloque o una zona que se hace funcionar en un ciclo de 24 horas, que comprende válvulas de control de flujo de dos vías (v<i1>; v<a1>,...v<e1>), válvulas de derivación de control de flujo de dos vías ajustables (v<i2>; v<a2>,..v<e2>) y válvulas de conmutación de tres vías (v<is>; v<as>,..v<es>) dispuestas en el tubo de salida, y un tubo de retorno de flujo en serie dispuesto desde la válvula de conmutación de tres vías hasta el lado de carga de entrada de un siguiente bloque o una zona de flujo en serie, para el control de flujo en serie, flujo en paralelo y combinaciones de flujo en serie y en paralelo con el tubo de retorno en serie y el tubo de salida conectados para cada válvula de conmutación,

al menos un bloque o una zona que se hace funcionar en un ciclo semanal, que comprende preferiblemente una o ambas válvulas de control de flujo de dos vías (v<i1>; v<a1>,..v<e1>) y válvulas de derivación de control de flujo de dos vías ajustables (v<i2>; v<a2>,..v<e2>) con línea de retorno en serie conectada, y

un bloque o una zona que se hace funcionar como reserva estacional o de larga duración de energía térmica, que comprende preferiblemente o bien válvulas de control de flujo de dos vías (v<i1>; v<a1>,..v<e1>) o bien válvulas de derivación de control de flujo de dos vías (v<i2>; v<a2>,..v<e2>) con línea de retorno en serie conectada.

5. Almacenamiento de energía térmica según la reivindicación 1 ó 4, en el que el AET es un almacenamiento de energía térmica de estado sólido en el que se transfiere calor a y desde elementos de almacenamiento de calor de estado sólido durante la carga y descarga por medio de un fluido de transferencia de calor, FTC, que discurre a través de tubos de intercambiador de calor fundidos en los elementos o alrededor de

tales elementos, el almacenamiento se divide en dos o más unidades de bloque para las que el FTC puede discurrir desde un sistema de colector de entrada en un lado de flujo de los bloques y a través de las diferentes unidades de bloque hasta un sistema de colector de salida en el otro lado de flujo, mientras que el fluido transfiere calor a todos los elementos dentro del bloque durante la carga de energía térmica, y absorbe calor de todos los elementos dentro del bloque durante la descarga de energía térmica, y para al menos dos bloques se proporciona lo siguiente:

a. una válvula de flujo de dos vías ajustable que controla el caudal másico de FTC desde el colector hasta el bloque durante la carga y descarga

b. una válvula de derivación de control de flujo de dos vías ajustable que controla el caudal másico de FTC que sortea el bloque durante la carga y descarga

c. una válvula de conmutación de tres vías ajustable que controla la razón de caudal másico de FTC a través del bloque conectado directamente con el colector de salida con respecto al caudal másico de FTC que se desvía al siguiente en el lado de entrada de bloque de flujo en serie

mediante lo cual dichos al menos dos bloques pueden controlarse dinámicamente de tal manera que un número deseado de bloques se acoplarán en un patrón de flujo en paralelo o en serie, o una combinación de los mismos, y a través del ajuste de las válvulas puede desplazarse la carga y descarga de bloques y mezclarse en el tiempo de tal manera que el fluido de transferencia de calor combinado, que fluye hacia fuera puede mantenerse a un nivel estable y dentro de límites de temperatura máximo y mínimo determinados por la fuente de calor y el disipador de calor, mientras que partes principales del almacenamiento pueden cargarse y descargarse mucho más allá de dichos límites térmicos y aumentar de ese modo la capacidad de almacenamiento de energía global de manera significativa.

6. Almacenamiento de energía térmica según una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que cada bloque comprende varios elementos de almacenamiento térmico, cada elemento de los cuales comprende una carcasa exterior que es una forma de fundición combinada, refuerzo y barrera de retención frente a fugas de fluido FTC, un medio de almacenamiento térmico sólido en forma de hormigón endurecido que se ha fundido y endurecido en dicha carcasa exterior, y al menos un intercambiador de calor de tubos en forma de un intervalo de longitud de tubo fundido en el hormigón, la entrada y salida del al menos un intercambiador de calor de tubos se extiende hacia fuera desde un extremo de la carcasa, varios de tales elementos se han dispuesto en paralelo como un bloque, varios bloques se han dispuesto como apilamientos o grupos de bloques, con colectores de carga de entrada, colectores de carga de salida y tuberías y válvulas adicionales, preferiblemente en un lado de cada apilamiento o grupo de bloques, y aislamiento térmico por debajo, encima y alrededor del AET.

7. Almacenamiento de energía térmica según la reivindicación 1, que comprende al menos dos bloques o zonas que se hacen funcionar con respecto a la carga y descarga de energía térmica haciendo fluir un fluido de transferencia de calor, FTC, a través del bloque o la zona, en el que:

al menos un bloque o una zona que comprende válvulas de control de flujo de dos vías (v<i1>; v<a1>,,..v<e1>), o válvulas de derivación de control de flujo de dos vías ajustables (v)<i2>; v<a2>,..v<e2>) que pueden hacerse funcionar libremente entre una posición completamente cerrada y una posición completamente abierta y una posición intermedia, se hace funcionar en un ciclo de menor duración, y

al menos un bloque o una zona, que comprende al menos una de las válvulas de control de flujo de dos vías (v<i1>; v<a1>,..v<e1>) y válvulas de derivación de control de flujo de dos vías (v<i2>; v<a2>,..v<e2>) con una línea de retorno en serie conectada, se hace funcionar en un ciclo de mayor duración.

8. Método de hacer funcionar un almacenamiento de energía térmica, AET; según la reivindicación 1, en el que el AET comprende:

al menos dos bloques o zonas que se hacen funcionar con respecto a la carga y descarga de energía térmica haciendo fluir un fluido de transferencia de calor, FTC, a través del bloque o la zona; un colector de carga de entrada; un colector de carga de salida; un tubo de entrada dispuesto desde el colector de carga de entrada hasta cada bloque o zona; una salida de cada bloque o zona; y válvulas y tuberías para el control del caudal másico de FTC;

caracterizado por una o varias de las siguientes etapas, en cualquier combinación:

mezclar y desplazar el flujo de FTC hacia y desde bloques y zonas, con respecto al flujo en paralelo y en serie, y con respecto al sentido de flujo, según la temperatura, carga y descarga de energía térmica, hasta donde la diferencia de temperatura entre el FTC y los bloques o las zonas es la mayor, mientras que al mismo tiempo se suministra FTC fuera del AET a una temperatura constante de sustancia durante la

descarga y preferiblemente también a una temperatura constante de sustancia durante la carga, en el que cada bloque/zona puede hacerse funcionar dentro del intervalo de temperatura completo del AET, haciendo fluir fluido de transferencia de calor a través de los bloques/zonas para la carga y descarga, respectivamente, según la temperatura del fluido de transferencia de calor y dichos bloques/zonas, haciendo funcionar dichas válvulas para hacer fluir fluido de transferencia de calor en serie y/o en paralelo, desde bloques/zonas o lado de temperatura más alta hasta temperatura más baja cuando se carga y desde bloques/zonas o lado de temperatura más baja hasta más alta cuando se descarga.

9. Método según la reivindicación 8, que comprende:

mezclar FTC de la salida de dos o más bloques o zonas, total o parcialmente, haciendo funcionar una o más de una válvula de control de flujo de tubo de entrada de dos vías y una válvula de conmutación de tres vías de dicho bloque o zona, y/o

sortear al menos un bloque o una zona del flujo de FTC a través del bloque o la zona, completa o parcialmente, haciendo funcionar una o más de una válvula de control de flujo de dos vías, una válvula de derivación de control de flujo de dos vías y una válvula de conmutación de tres vías de dicho bloque o zona.

10. Método según la reivindicación 8, mediante el cual se cargan bloques o zonas en un lado de entrada de carga del AET hasta una temperatura de carga que está por encima de una temperatura de salida de FTC de carga máxima del AET, entonces se acoplan sucesivamente bloques o zonas aguas abajo en línea para el flujo de FTC para la carga a la temperatura de carga hasta que se carga todo el AET o una parte del mismo o se alcanza una temperatura de salida de carga de FTC máxima, cargando al menos un bloque o una zona con energía térmica hasta una temperatura por encima de una temperatura de salida de FTC máxima del AET.

11. Método según la reivindicación 8 ó 9, mediante el cual el flujo de FTC desde diferentes bloques o zonas se mezcla, total o parcialmente, para mantener una temperatura de salida fija o mínima de FTC desde el AET durante la carga de energía térmica.

12. Método según la reivindicación 8, mediante el cual se descargan bloques o zonas en un lado de entrada de descarga del AET hasta una temperatura de descarga que está por debajo de una temperatura de salida de FTC de descarga mínima del AET, entonces se acoplan sucesivamente bloques o zonas aguas abajo en línea para el flujo de FTC para la descarga a la temperatura de descarga hasta que se descarga todo el AET o una parte del mismo o se alcanza una temperatura de salida de descarga de FTC mínima, descargando energía térmica desde al menos un bloque o una zona hasta una temperatura por debajo de una temperatura de descarga de salida de FTC mínima del AET.

13. Método según la reivindicación 8 ó 12, mediante el cual el flujo de FTC desde diferentes bloques o zonas se mezcla, total o parcialmente, para mantener una temperatura de salida fija o máxima de FTC desde el AET durante la descarga de energía térmica, preferiblemente el sentido de flujo de FTC durante la descarga se invierte en comparación con el sentido de flujo de FTC durante la carga.

14. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 8-13, mediante el cual se hace funcionar una o más de las siguientes válvulas, preferiblemente basándose en el control de temperatura: válvulas de control de flujo de dos vías (v<i1>; v<a1>,..v<e1>) para el control del caudal másico en paralelo; válvulas de derivación de control de flujo de dos vías (v<i2>; v<a2>,..v<e2>) dispuestas en una sección de tubo de lado de carga de entrada entre el tubo de entrada y el retorno de flujo en serie para el bloque o la zona, para sortear el flujo másico y el control de flujo másico en serie; válvulas de conmutación de tres vías de lado de carga de salida (v<is>; v<as>,..v<es>) dispuestas en un tubo de salida desde un bloque o una zona para el control del flujo másico en serie y el flujo másico en paralelo, en el que el AET comprende uno o ambos de los tubos: un tubo de salida desde un bloque o una zona hasta el colector de carga de salida, un tubo de retorno de flujo en serie dispuesto desde una salida de bloque o zona o desde una válvula de conmutación de tres vías en el tubo de salida hasta el lado de carga de entrada de un siguiente bloque o zona de flujo en serie.

15. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 8 - 14, mediante el cual el flujo de FTC desde bloques o zonas se controla desplazando el flujo de FTC desde bloques o zonas según la temperatura, a lo largo del tiempo durante el funcionamiento, preferiblemente hasta donde la diferencia de temperatura entre el FTC y los bloques o las zonas es la mayor, mientras que al mismo tiempo se suministra FTC fuera del AET a una temperatura constante de sustancia durante la carga, desplazando bloques o zonas en línea para el flujo, preferiblemente haciendo funcionar una zona en un ciclo de 24 horas, una zona en un ciclo semanal, y una zona como reserva estacional o a largo plazo de energía térmica, preferiblemente, el número de bloques en cada zona se desplaza según la demanda.

16. Método según una cualquiera de las reivindicaciones 8-15, en el que cada bloque comprende varios

elementos de almacenamiento de energía térmica, cada elemento de los cuales comprende una carcasa exterior que es una forma de fundición combinada, refuerzo y barrera de retención frente a fugas de fluido FTC, un medio de almacenamiento térmico sólido en forma de hormigón endurecido que se ha fundido y endurecido en dicha carcasa exterior, y al menos un intercambiador de calor de tubos en forma de un intervalo de longitud de tubo incrustado o fundido en el hormigón, la entrada y salida del al menos un intercambiador de calor de tubos se extiende hacia fuera desde un extremo de la carcasa; se han dispuesto varios de tales elementos en paralelo como un bloque, se han dispuesto varios bloques como apilamientos o grupos de bloques, preferiblemente con colectores de carga de entrada, colectores de carga de salida y tuberías y válvulas adicionales en un lado de cada apilamiento o grupo de bloques, preferiblemente todo el AET, con aislamiento térmico por debajo, encima y alrededor de dicho AET, mediante lo cual el AET se hace funcionar localmente sólo desde un lado del AET y/o se controla de manera remota.

17. Uso del método de una cualquiera de las reivindicaciones 8-16 con un almacenamiento de energía térmica según una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, para proporcionar una o más de las ventajas o funcionalidades, en cualquier combinación:

a. flujo en paralelo con desplazamiento

b. flujo en serie con desplazamiento

c. cualquier combinación de flujo en paralelo y en serie

d. mantener una temperatura de flujo de salida deseada del almacenamiento durante la carga

e. mantener una temperatura de flujo de salida deseada del almacenamiento durante la descarga f. obtener una cantidad aumentada de energía térmica cargada mientras se satisfacen todavía los requisitos (d) de temperatura de flujo de salida de FTC

g. obtener una cantidad aumentada de energía térmica descargada mientras se satisfacen todavía los requisitos (e) de temperatura de flujo de salida de FTC

h. obtener una potencia térmica constante con un flujo másico de FTC constante durante la fase de carga, en comparación con la tecnología del estado de la técnica en la que debe aumentarse el flujo másico para mantener una potencia constante.

i. obtener una potencia térmica constante con un flujo másico de FTC constante durante la fase de descarga, en comparación con la tecnología del estado de la técnica en la que debe aumentarse el flujo másico para mantener una potencia constante.

j. posibilidad de zonificación del AET con diferentes objetivos de ciclos y modos de funcionamiento k. lograr una seguridad global mejorada del AET debido a un sistema extensivo de válvulas de control que pueden cerrarse automáticamente.

l. permitir inspecciones, mantenimiento y/o reparaciones, incluyendo también drenaje de FTC, de una o más partes del AET global mientras que otras partes se mantienen en funcionamiento.

m. proporcionar hasta una mejora superior al 60 % con respecto a la capacidad en comparación con un AET similar sólo con una entrada/salida en el lado caliente y frío, respectivamente.