PL240615B1 - System oraz sposób magazynowania energii w ciekłym dwutlenku węgla - Google Patents

Description

PL 240 615 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest system i sposób magazynowania energii w ciekłym dwutlenku węgla, mający zastosowanie w energetyce dla magazynowania energii w ramach systemów elektroenergetycznych.

Dla adaptowania przedmiotu wynalazku w skali przemysłowej wymagane jest wykorzystanie dużych przestrzeni magazynowych dla magazynowania dwutlenku węgla przy ciśnieniu wyższym od ciśnienia atmosferycznego, ale nie wyższym niż poziom zagrażający integralności struktury wykorzystywanego zbiornika, stanowiącego potencjalnie element poeksploatacyjnej, podziemnej infrastruktury kopalnianej.

Magazynowanie energii polega na efektywnym wykorzystaniu energii elektrycznej produkowanej w okresach wysokiego potencjału wytwórczego, układów wykorzystujących tzw. energię odnawialną, celem okresowego zwiększenia potencjału mechanicznego, chemicznego lub cieplnego materiałów, płynów lub mechanizmów, możliwego do wykorzystania celem wykonania pracy i produkcji energii elektrycznej w okresie znamiennym zwiększonym na nią zapotrzebowaniem, względem bieżącej produkcji w systemach wytwórczych energii elektrycznej.

Systemy magazynowania energii klasyfikuje się w kilku grupach z uwagi na procesy towarzyszące w pełnym cyklu konwersji energii elektrycznej, kierowanej do systemu magazynowania, do energii elektrycznej, która po okresie magazynowania kierowana jest z powrotem do sieci. I tak wyróżniamy technologie: elektrochemiczne, mechaniczne, cieplne, elektryczne. Przedmiot wynalazku klasyfikowany jest w obszarze technologii magazynowania energii wykorzystujących mechaniczne metody konwersji. Przedmiot wynalazku klasyfikowany jest jako system magazynowania energii w sprężonych gazach, którego również przedstawicielem jest spopularyzowana technologia magazynowania energii w sprężonym powietrzu.

Idea systemów magazynowania energii w sprężonym powietrzu (CAES - ang. Compressed Air Energy Storage) jest znana od roku 1949 (patent Stal Laval).

Z amerykańskiego opisu patentowego US7389644 znany jest sposób takiego magazynowania. W układzie wykorzystywana jest sprężarka powietrza atmosferycznego, sprzężona na wale z silnikiem elektrycznym, zbiornik na sprężone powietrze, komora spalania oraz ekspander spalinowy, pracujący na jednym wale z generatorem energii elektrycznej. Niedogodnościami jest tutaj potrzeba spalania paliwa gazowego, co też odpowiedzialne jest za emisję szkodliwych gazów do atmosfery. Wysokie straty energii przekładają się na wartość sprawności magazynowania energii i wynikają z wysokich generacji entropii w procesach sprężania oraz rozprężania gazu. W klasycznych systemach diabatycznych stosunkowo niska wartość sprawności wynika z potrzeby międzysekcyjnego chłodzenia sprężanego powietrza, co prowadzi się w międzysekcyjnych chłodnicach, z których ciepło odprowadzane jest do otoczenia. Systemy adiabatyczne stanowią nową generację systemów CAES i umożliwiają przejęcie ciepła z chłodnic, jego zmagazynowanie i wykorzystanie na etapie rozładowywania systemu dla podgrzewu powietrza przed jego wprowadzeniem do ekspandera. Reprezentantem takiego systemu jest planowany do uruchomienia w Niemczej demonstracyjny system ADELE. Dużą zaletą systemów CAES jest wykorzystywanie jako nośnika energii powietrza, a więc gazu ogólnie dostępnego. Wadą dla rozwiązań o skali przemysłowej jest potrzeba organizacji wielkogabarytowych zbiorników umożliwiających zmagazynowanie powietrza o wysokim ciśnieniu. Optymalnym rozwiązaniem jest dla tych celów stosowanie kawern solnych. W wielu regionach świata, dla organizacji takich zbiorników stoją na przeszkodzie złe warunki geologiczne, przejawiające się brakiem występowania odpowiednio wysokich spiętrzeń złóż soli. W wielu państwach prowadzona polityka surowcowa bardzo często sprowadza się do adaptacji właściwych lokalizacji dla budowy zbiorników przewidzianych dla strategicznego magazynowania paliw węglowodorowych. Alternatywnymi zbiornikami na sprężone powietrze mogą być warstwy wodonośne, wyrobiska kopalniane lub naturalne komory skalne. W przypadku warstw wodonośnych przeszkodą dla ich adaptacji może być niska przepuszczalność materiałów skał wodonośnych - np. piaskowca (przypadek planowanej i wstrzymanej z tego powodu inwestycji w Stanach Zjednoczonych, w ramach programu Iowa Storage Energy Park). Na drodze adaptacji wyrobisk kopalnianych stać może z kolei wysokie ryzyko związane z możliwością naruszenia struktury górotworu. Odpowiedzialne za to mogą być wysokie ciśnienia oraz ich pulsacyjne oddziaływanie na górotwór w cyklu pracy systemu magazynowania energii. Zagrożeniem dla systemów wykorzystujących poeksploatacyjne wyrobiska kopalni węgla kamiennego mogą być również pożary endogeniczne, powstające przy kontakcie tlenu z pozostało

PL 240 615 B1 ściami złóż węgla. Alternatywą dla systemów wymagających wykorzystywania zbiorników o dużych objętościach mogą być systemy magazynowania energii w ciekłym powietrzu (LAES - ang. Liquid Air Energy Storage), gdzie wyższa gęstość magazynowanego nośnika energii jest uzyskiwana na drodze skroplenia powietrza. Niedogodnością jest tutaj wysokie zapotrzebowanie na energię dla uzyskania wymaganych parametrów powietrza. W tym celu stosuje się urządzenia kriogeniczne.

Celem wynalazku jest magazynowanie energii z wykorzystaniem poeksploatacyjnych wyrobisk podziemnej infrastruktury kopalń, z zachowaniem warunków bezpieczeństwa eksploatacyjnego, przy maksymalizacji pojemności energetycznej względem objętości zbiornika wysokociśnieniowego oraz sprawności energetycznej systemu.

System magazynowania energii w ciekłym dwutlenku węgla charakteryzuje się tym, że zbudowany jest z trzech zbiorników, dwóch zbiorników niskociśnieniowych: na gaz czysty oraz na gaz zanieczyszczony i zbiornika wysokociśnieniowego, mającego budowę cylindryczną i zaizolowanego izolacją cieplną, zabudowanego na dnie, w objętości szczelnego zbiornika niskociśnieniowego na gaz czysty, który w górnej części ma zabudowany zasobnik ciepła, stanowiący szczelny, zaizolowany izolacją cieplną zbiornik cylindryczny, wypełniony stałym wkładem akumulacyjnym, który w dolnej części jest połączony rurociągiem z górną częścią zbiornika wysokociśnieniowego, natomiast w górnej części rurociągiem z naziemną maszynownią stanowiącą układ zbudowany ze sprężarki dwutlenku węgla, zabudowanej na wspólnym wale z silnikiem elektrycznym i ekspandera dwutlenku węgla, zabudowanego na wspólnym wale z generatorem energii elektrycznej, natomiast pomiędzy ekspanderem dwutlenku węgla, a zbiornikami niskociśnieniowymi umieszczona jest chłodnica rozprężonego dwutlenku węgla, przy czym zbiornik niskociśnieniowy na gaz czysty oraz zbiornik niskociśnieniowy na gaz zanieczyszczony, który stanowi poeksploatacyjne wyrobisko kopalniane lub naturalną komorę skalną, połączone są indywidualnymi rurociągami, na których zabudowane są zawory odcinające, z wylotem z chłodnicy rozprężonego dwutlenku węgla oraz z wlotem do sprężarki dwutlenku węgla.

Korzystnie w systemie magazynowania energii według wynalazku zbiornik wysokociśnieniowy w górnej części połączony jest rurociągiem z instalacją separacji zanieczyszczeń gazowych połączoną za pomocą zaworu odcinającego ze zbiornikiem niskociśnieniowym na gaz czysty.

Korzystnie w systemie magazynowania energii według wynalazku w górnej części zbiornika wysokociśnieniowego zabudowany jest przeponowy wymiennik ciepła, który wraz z naziemną chłodnicą stanowią elementy obiegu chłodzenia ciekłego dwutlenku węgla.

Korzystnie w systemie magazynowania energii według wynalazku w zbiorniku niskociśnieniowym na gaz zanieczyszczony umieszczony jest układ pompowy instalacji odwadniającej, połączony rurociągiem z naziemną instalacją oczyszczania wód gruntowych oraz naziemnym zbiornikiem wodnym.

Korzystnie w systemie magazynowania energii według wynalazku naziemny zbiornik wodny połączony jest rurociągiem z roboczą objętością membranowego kompensatora zmian ciśnienia, zabudowanego w dolnej części objętości zbiornika wysokociśnieniowego.

Sposób magazynowania energii polega na tym, że na etapie rozładowywania systemu magazynowania energii dwutlenek węgla, zgromadzony w zbiorniku wysokociśnieniowym o temperaturze 0-20°C, kierowany jest do zasobnika ciepła, gdzie przejmuje ciepło od wkładu akumulacyjnego i jako podgrzany w stanie gazowym, nadkrytycznym kierowany jest do ekspandera gazowego, gdzie napędza generator energii elektrycznej, a następnie po rozprężeniu, przy ciśnieniu do 1000 kPa kierowany jest do chłodnicy rozprężonego dwutlenku węgla, a następnie do kolektora, skąd poprzez zawory odcinające rurociągami skierowany jest do zbiornika niskociśnieniowego na gaz czysty lub do zbiornika niskociśnieniowego na gaz zanieczyszczony, gdzie na drodze procesu adsorpcji i desorpcji w materiałach skalnych dochodzi do wymiany masy dwutlenku węgla z masą innych gazów, po czym na etapie ładowania systemu magazynowania energii dwutlenek węgla kierowany jest ze zbiornika niskociśnieniowego na gaz zanieczyszczony rurociągiem przez zawór odcinający do sprężarki dwutlenku węgla, a po procesie sprężania gaz trafia do zasobnika ciepła, gdzie oddaje ciepło wkładowi akumulacyjnemu i jako schłodzony, wysokociśnieniowy kierowany jest do zbiornika wysokociśnieniowego, przy czym pod koniec etapu ładowania, na drodze sprężania wyłącznie dwutlenku węgla zgromadzonego w zbiorniku niskociśnieniowym na gaz czysty następuje przepłukanie instalacji, a po etapie ładowania systemu magazynowania energii, w zbiorniku wysokociśnieniowym, następuje wydzielenie z objętości ciekłego dwutlenku węgla zanieczyszczeń gazowych i ich zgromadzenie w górnej jego części.

PL 240 615 B1

Korzystnie w sposobie magazynowania energii w systemie według wynalazku dwutlenek węgla, przy ciśnieniu wyższym od poziomu ciśnienia krytycznego i co najmniej takim jakie jest wynikiem działania naporu hydrostatycznego słupa wody zgromadzonej w rurociągu łączącym kompensator z naziemnym zbiornikiem wodnym kierowany jest do zasobnika ciepła.

Korzystnie w sposobie magazynowania energii w systemie według wynalazku przez zawór odcinający mieszanina gazowa kierowana jest do instalacji separacji zanieczyszczeń gazowych, gdzie następuje rozdzielenie składników gazowych o właściwościach użytkowych, po czym odseparowany dwutlenek węgla kierowany jest do zbiornika niskociśnieniowego na gaz czysty.

Wynalazek bliżej objaśniono w przykładzie zobrazowanym rysunkiem, który przedstawia strukturę systemu, z zaznaczeniem najważniejszych jego komponentów.

Na rysunku uwidoczniono system, w skład którego wchodzą trzy podziemne zbiorniki magazynowe na dwutlenek węgla, z czego jeden stanowi zaizolowany zbiornik wysokociśnieniowy (1), natomiast dwa pozostałe stanowią zbiorniki niskociśnieniowe, przy czym jeden z nich jest zbiornikiem niskociśnieniowym na gaz czysty (9), korzystnie stanowiącym poeksploatacyjny szyb kopalniany, w objętości którego, na dnie, zabudowany jest zbiornik wysokociśnieniowy (1), z kolei w górnej jego części zabudowany jest zasobnik na ciepło (5). Drugim zbiornikiem niskociśnieniowym jest zbiornik na gaz zanieczys zczony (10), przy czym zbiornik ten stanowić może poeksploatacyjne wyrobisko kopalniane lub też wielkokubaturową, naturalną komorę skalną. W zbiorniku wysokociśnieniowym (1) magazynowany jest dwutlenek węgla w stanie ciekłym, co gwarantuje utrzymywanie dwutlenku węgla w ciśnieniu nadkrytycznym, przy temperaturze na poziomie 0-20°C. Utrzymanie takiego ciśnienia jest możliwe na drodze magazynowania w zbiorniku pewnej minimalnej ilości dwutlenku węgla oraz dzięki kompensatorowi zmian ciśnienia (2), zabudowanemu w dolnej części zbiornika (1), który stanowi membranę, oddzielającą objętość zmagazynowanego dwutlenku węgla od objętości wody wprowadzanej do zbiornika króćcem zabudowanym w jego dennicy. Napór hydrostatyczny wody działającej na membranę wynika bezpośrednio z wysokości słupa wody zgromadzonej w rurociągu łączącym objętość wodną zbiornika wysokociśnieniowego z objętością wody zgromadzonej w naziemnym zbiorniku wodnym (16). Utrzymanie w zbiorniku wysokociśnieniowym (1) temperatury ciekłego dwutlenku węgla na poziomie niższym od poziomu temperatury dwutlenku węgla zgromadzonego w zbiorniku niskociśnieniowym na gaz czysty jest możliwe dzięki zastosowaniu izolacji cieplnej zbiornika (4) oraz dzięki zastosowaniu chłodzenia ciekłego dwutlenku węgla na drodze wykorzystania przeponowego wymiennika ciepła (3), zabudowanego w górnej części zbiornika wysokociśnieniowego (1). Płyn chłodzący transportuje ciepło pomiędzy zbiornikiem wysokociśnieniowym (1), a naziemna chłodnica obiegu chłodzenia ciekłego dwutlenku węgla (20), która stanowić może przeponowy wymiennik ciepła chłodzony wodą cieku wodnego lub wymiennik sprężarkowej pompy ciepła. Zasobnik ciepła (5), współosiowo zabudowany w górnej części zbiornika niskociśnieniowego na gaz czysty (9), stanowi szczelny, zaizolowany izolacją cieplną (8) zbiornik cylindryczny (6), który wypełniony jest wkładem akumulacyjnym (7), mogącym stanowić złoże elementów ceramicznych lub skalnych. Przepływ dwutlenku węgla ze zbiornika wysokociśnieniowego (1) do zasobnika ciepła (5) ma miejsce na etapie rozładowywania systemu magazynowania energii (etap, w którym w systemie elektroenergetycznym pojawia się zwiększone zapotrzebowanie na energię elektryczną) i odbywa się przez rurociąg z zabudowanym zaworem odcinającym. Dwutlenek węgla przepływa przez wypełnienie akumulacyjne i podgrzewa się osiągając temperaturę w zakresie 400-600°C. Dwutlenek węgla, jako gaz nadkrytyczny przepływa następnie rurociągiem przez otwarty zawór odcinający do ekspandera dwutlenku węgla (13), gdzie gaz wykonuje pracę napędzając generator energii elektrycznej (14). Po rozprężeniu dwutlenek węgla w pierwszej kolejności trafia do chłodnicy rozprężonego dwutlenku węgla (15), gdzie jest chłodzony do temperatury bliskiej temperaturze otoczenia. Przejęte ciepło jest rozpraszane w otoczeniu lub też wykorzystywane jest dla celów grzewczych lub przemysłowych. Schłodzony gaz wprowadzany jest do dwóch zbiorników niskociśnieniowych (9) i (10). Ciśnienie gazu magazynowanego w pełnym cyklu pracy systemu powinno się mieścić w zakresie od poziomu ciśnienia otoczenia do 1000 kPa, przy czym górna granica zakresu limitowana jest stabilnością górotworu. Dzięki nadciśnieniu względem ciśnienia otoczenia nie występuje zasysanie gazów atmosferycznych do objętości zbiorników. W zbiorniku niskociśnieniowym na gaz zanieczyszczony (10), stanowiącym sztuczne lub naturalne wyrobisko skalne, na skutek zmian ciśnienia, może mieć miejsce proces adsorpcji i desorpcji gazów, czego skutkiem może być uwalnianie z materiału skalnego (również węgla) gazów innych niż dwutlenek węgla. W objętości magazynowanego tutaj gazu występować mogą metan oraz węglowodory wyższych rzędów, tlen, azot oraz inne gazy. Po etapie rozładowywania systemu magazynowania energii gazy magazynowane są w zbiornikach niskociśnieniowych do rozpoczęcia etapu ładowania

PL 240 615 B1 systemu magazynowania energii. Wtedy uruchamiana jest sprężarka dwutlenku węgla (11), a gazy ze zbiorników niskociśnieniowych (9), (10) kierowane są do niej przez zawory regulacyjne. Odpowiednie nastawy zaworów umożliwiają dobór odpowiedniej proporcji gazów pobieranych z dwóch zbiorników niskociśnieniowych, co zapewnia możliwość kształtowania składu mieszaniny w zbiorniku wysokociśnieniowym i w konsekwencji tego możliwość zapewniania po etapie ładowania efektywnego procesu separacji gazów w objętości zbiornika. Ponadto zamknięcie w okresie kończącym etap ładowania zaworu usytuowanego na rurociągu łączącym sprężarkę ze zbiornikiem niskociśnieniowym na gaz zanieczyszczony umożliwia przeprowadzenie zabiegu płukania kanałów przepływowych czystym dwutlenkiem węgla, co zabezpiecza maszyny oraz armaturę w okresie przestoju przed potencjalnie agresywnym wpływem niektórych składników mieszaniny. Po etapie ładowania i przed etapem rozładowywania, w układzie pracują trzy instalacje, tj. instalacja oczyszczania wód gruntowych (oczyszczalnia oraz układ pompowy), instalacja chłodzenia ciekłego dwutlenku węgla (chłodnica oraz wymiennik ciepła) oraz instalacja separacji zanieczyszczeń gazowych, która może być oparta na wykorzystaniu metod membranowych, adsorpcyjnych lub innych. Braki dwutlenku węgla w systemie mogą być uzupełniane na drodze wprowadzania gazów do objętości zbiornikowych magazynujących, przy czym korzystne jest stosowanie oddzielnych rurociągów, umożliwiających wprowadzanie dwutlenku węgla w stanie ciekłym (przykładowo w przypadku możliwości jego poboru w rurociągu przesyłowego) do zbiornika wysokociśnieniowego, w stanie gazowym, przy wysokiej jego czystości do zbiornika niskociśnieniowego na gaz czysty oraz w stanie gazowym, przy niskiej jego czystości do zbiornika na gaz zanieczyszczony.

Zaletą rozwiązania według wynalazku jest możliwość bezpiecznego wykorzystywania wielkokubaturowych zbiorników podziemnych, a w tym poeksploatacyjnych wyrobisk kopalnianych oraz naturalnych komór skalnych, jako zbiorników niskociśnieniowych. Bezpieczeństwo takie wynika głównie ze stosowania ciśnień magazynowanego dwutlenku węgla, które nie stwarzają ryzyka utraty stabilności górotworu. Ponadto w przypadku wyrobisk, w których występować mogą pozostałości złóż węglowych, kontakt gazu inertnego, jakim jest dwutlenek węgla, nie stwarza zagrożenia wystąpienia pożarów endogenicznych, co miałoby miejsce w przypadku systemów magazynowania wykorzystujących jako nośnik energii sprężone powietrze. Dwutlenek węgla posiada stosunkowo wysoką temperaturę, w porównaniu do innych powszechnych gazów, przy której przechodzi w stan ciekły. Dwutlenek węgla sprężony do ciśnień nadkrytycznych może być w stanie ciekłym już w temperaturach pokojowych, co sprawia, iż proces jego skroplenia nie musi być procesem energochłonnym, jak ma to miejsce w przypadku systemów magazynowania energii w ciekłym powietrzu. Oznacza to, iż wysoka, gęstość składowania dwutlenku węgla, a co za tym idzie względnie, niskie zapotrzebowanie na objętości magazynowe, uzyskiwana może być bez potrzeby wykorzystywania instalacji kriogenicznych niskich temperatur. Sprężaniu dwutlenku węgla, w odniesieniu do procesu sprężania powietrza, towarzyszy stosunkowo niewielki przyrost temperatury. Dzięki temu nawet sprężanie przy wysokich stosunkach ciśnień nie musi wymagać stosowania międzysekcyjnego chłodzenia sprężanego dwutlenku węgla. Upraszcza to konstrukcję maszyn przepływowych oraz przynosi oszczędności finansowe na etapie inwestycji związane z brakiem potrzeby stosowania chłodnic międzysekcyjnych.

Magazynowanie ciepła w zasobniku zabudowanym w kubaturze zbiornika niskociśnieniowego na czysty dwutlenek węgla, w którym gaz magazynowany jest przy ciśnieniu wyższym niż ciśnienie otoczenia, umożliwia zaplanowanie zbiornika cylindrycznego jako konstrukcji o mniejszej grubości ścianki, niż miałoby to miejsce w przypadku zasobnika zaplanowanego jako konstrukcja naziemna.

Korzystne może być zastosowanie w miejsce jednego zbiornika wysokociśnieniowego baterii zbiorników cylindrycznych o stosunkowo niewielkich średnicach, w położeniu z pionowymi osiami symetrii. Taka konstrukcja naczyń połączonych, zarówno po stronie dwutlenku węgla, jak i po stronie wody, pozwolić może na magazynowanie dwutlenku węgla przy wysokich ciśnieniach, nawet w przypadku stosunkowo niewielkich grubości ścianek zbiorników. W przypadku takiej konstrukcji zbiorników funkcję kompensatorów zmian ciśnienia pełnić mogą tłoki, szczelnie oddzielające w każdym ze zbiorników wodę od dwutlenku węgla.

W przypadku stosowania jako zbiornika niskociśnieniowego na gaz zanieczyszczony korzystne z ekonomicznego punktu widzenia może być odzyskiwanie gazów zaadsorbowanych w materiałach skalnych. Szczególnie korzystne może być wykorzystywanie poeksploatacyjnych wyrobisk kopalnianych, gdzie w procesach adsorpcji-desorpcji, towarzyszących zmianom ciśnienia magazynowanego gazu, uwalniane mogą być gazy wysokoenergetyczne, a w tym metan.

Claims (20)

1. PL 240 615 B1

   Wykaz oznaczeń

   1. zbiornik wysokociśnieniowy
2. 2. membranowy/tłokowy kompensator zmian ciśnienia
3. 3. wymiennik ciepła zbiornika wysokociśnieniowego
4. 4. izolacja cieplna zbiornika wysokociśnieniowego
5. 5. zasobnik ciepła
6. 6. zbiornik cylindryczny zasobnika ciepła
7. 7. wypełnienie akumulacyjne zasobnika ciepła
8. 8. izolacja cieplna zasobnika ciepła
9. 9. zbiornik niskociśnieniowy na gaz czysty
10. 10. zbiornik niskociśnieniowy na gaz zanieczyszczony
11. 11. sprężarka dwutlenku węgla
12. 12. silnik elektryczny
13. 13. ekspander dwutlenku węgla
14. 14. generator energii elektrycznej
15. 15. chłodnica rozprężonego dwutlenku węgla
16. 16. naziemny zbiornik wodny
17. 17. oczyszczalnia wód gruntowych
18. 18. układ pompowy instalacji odwadniającej
19. 19. instalacja separacji zanieczyszczeń gazowych
20. 20. chłodnica obiegu chłodzenia ciekłego dwutlenku węgla

    Zastrzeżenia patentowe

    1. System magazynowania energii w ciekłym dwutlenku węgla, znamienny tym, że zbudowany jest z trzech zbiorników, dwóch zbiorników niskociśnieniowych: na gaz czysty (9) oraz na gaz zanieczyszczony (10) i zbiornika wysokociśnieniowego (1), mającego budowę cylindryczną i zaizolowanego izolacją cieplną (4), zabudowanego na dnie, w objętości szczelnego zbiornika niskociśnieniowego na gaz czysty (9), który w górnej części ma zabudowany zasobnik ciepła (5), stanowiący szczelny, zaizolowany izolacją cieplną (8) zbiornik cylindryczny (6), wypełniony stałym wkładem akumulacyjnym (7), który w dolnej części jest połączony rurociągiem z górną częścią zbiornika wysokociśnieniowego (1), natomiast w górnej części rurociągiem z naziemną maszynownią stanowiącą układ zbudowany ze sprężarki dwutlenku węgla (11), zabudowanej na wspólnym wale z silnikiem elektrycznym (12) i ekspandera dwutlenku węgla (13), zabudowanego na wspólnym wale z generatorem energii elektrycznej (14), natomiast pomiędzy ekspanderem dwutlenku węgla (13), a zbiornikami niskociśnieniowymi (9, 10) umieszczona jest chłodnica rozprężonego dwutlenku węgla (15), przy czym zbiornik niskociśnieniowy na gaz czysty (9) oraz zbiornik niskociśnieniowy na gaz zanieczyszczony (10), który stanowi poeksploatacyjne wyrobisko kopalniane lub naturalną komorę skalną, połączone są indywidualnymi rurociągami, na których zabudowane są zawory odcinające, z wylotem z chłodnicy rozprężonego dwutlenku węgla (15) oraz z wlotem do sprężarki dwutlenku węgla (11).

    2. System magazynowania energii według zastrz. 1, znamienny tym, że zbiornik wysokociśnieniowy (1) w górnej części połączony jest rurociągiem z instalacją separacji zanieczyszczeń gazowych (19) połączoną za pomocą zaworu odcinającego ze zbiornikiem niskociśnieniowym na gaz czysty (9).

    3. System magazynowania energii według zastrz. 1, znamienny tym, że w górnej części zbiornika wysokociśnieniowego (1) zabudowany jest przeponowy wymiennik ciepła (3), który wraz z naziemną chłodnicą (20) stanowią elementy obiegu chłodzenia ciekłego dwutlenku węgla.

    4. System magazynowania energii według zastrz. 1, znamienny tym, że w zbiorniku niskociśnieniowym na gaz zanieczyszczony (10) umieszczony jest układ pompowy instalacji odwadniającej (18), połączony rurociągiem z naziemną instalacją oczyszczania wód grantowych (17) oraz naziemnym zbiornikiem wodnym (16).

    5. System magazynowania energii według zastrz. 4, znamienny tym, że naziemny zbiornik wodny (16) połączony jest rurociągiem z roboczą objętością membranowego kompensatora zmian ciśnienia (2), zabudowanego w dolnej części objętości zbiornika wysokociśnieniowego (1).

    PL 240 615 B1

    6. Sposób magazynowania energii w systemie według zastrz. 1, znamienny tym, że na etapie rozładowywania systemu magazynowania energii dwutlenek węgla, zgromadzony w zbiorniku wysokociśnieniowym (1) o temperaturze 0-20°C, kierowany jest do zasobnika ciepła (5), gdzie przejmuje ciepło od wkładu akumulacyjnego (7) i jako podgrzany w stanie gazowym, nadkrytycznym kierowany jest do ekspandera gazowego (13), gdzie napędza generator energii elektrycznej (14); a następnie po rozprężeniu, przy ciśnieniu do 1000 kPa kierowany jest do chłodnicy rozprężonego dwutlenku węgla (15), a następnie do kolektora, skąd poprzez zawory odcinające rurociągami skierowany jest do zbiornika niskociśnieniowego na gaz czysty (9) lub do zbiornika niskociśnieniowego na gaz zanieczyszczony (10), gdzie na drodze procesu adsorpcji i desorpcji w materiałach skalnych dochodzi do wymiany masy dwutlenku węgla z masą innych gazów, po czym na etapie ładowania systemu magazynowania energii dwutlenek węgla kierowany jest ze zbiornika niskociśnieniowego na gaz zanieczyszczony (10) rurociągiem przez zawór odcinający do sprężarki dwutlenku węgla (11), a po procesie sprężania gaz trafia do zasobnika ciepła (5), gdzie oddaje ciepło wkładowi akumulacyjnemu (7) i jako schłodzony, wysokociśnieniowy kierowany jest do zbiornika wysokociśnieniowego (1), przy czym pod koniec etapu ładowania, na drodze sprężania wyłącznie dwutlenku węgla zgromadzonego w zbiorniku niskociśnieniowym na gaz czysty (9) następuje przepłukanie instalacji, a po etapie ładowania systemu magazynowania energii, w zbiorniku wysokociśnieniowym (1), następuje wydzielenie z objętości ciekłego dwutlenku węgla zanieczyszczeń gazowych i ich zgromadzenie w górnej jego części.

    7. Sposób magazynowania energii w systemie według zastrz. 6, znamienny tym, że dwutlenek węgla, przy ciśnieniu wyższym od poziomu ciśnienia krytycznego i co najmniej takim jakie jest wynikiem działania naporu hydrostatycznego słupa wody zgromadzonej w rurociągu łączącym kompensator (2) z naziemnym zbiornikiem wodnym (16) kierowany jest do zasobnika ciepła (5).

    8. Sposób magazynowania energii w systemie według zastrz. 6, znamienny tym, że przez zawór odcinający mieszanina gazowa kierowana jest do instalacji separacji zanieczyszczeń gazowych (19), gdzie następuje rozdzielenie składników gazowych o właściwościach użytkowych, po czym odseparowany dwutlenek węgla kierowany jest do zbiornika niskociśnieniowego na gaz czysty (9).