ES1288369U

ES1288369U - Instalacion de almacenamiento energetico mejorada

Info

Publication number: ES1288369U
Application number: ES202230199U
Authority: ES
Inventors: Borrero Andrés Barros
Original assignee: Rpow Consulting SL
Current assignee: Kyoto Technology Spain SL
Priority date: 2022-02-09
Filing date: 2022-02-09
Publication date: 2022-03-25
Anticipated expiration: 2032-02-09
Also published as: ES1288369Y; EP4227626A1

Abstract

Instalación de almacenamiento energético mejorada, formada por tres o más tanques (1, 2, 3) de almacenamiento de fluido térmico, una fuente de calor (4) y un equipo recuperador (5), caracterizada por que al menos uno de los tanques (1, 2, 3) es un tanque dual configurado para almacenar fluido caliente y fluido frío en momentos diferentes del funcionamiento.

Description

DESCRIPCIÓN

Instalación de almacenamiento energético mejorada

SECTOR DE LA TÉCNICA

La presente invención se refiere a una instalación de almacenamiento energético mejorada, mediante el movimiento y la acumulación de fluidos térmicos, tales como sales fundidas o aceite térmico.

ESTADO DE LA TÉCNICA

El campo del almacenamiento energético ha evolucionado enormemente con la necesidad de almacenar, transportar y gestionar el uso de fluidos térmicos, como pueden ser las sales fundidas. Estos sistemas de almacenamiento suelen estar basados en tanques o baterías térmicas con un sistema modular de dos o tres tanques para almacenamiento del fluido en condiciones de temperatura fría y dos o tres tanques para temperatura caliente. Este factor de diseño está condicionado por el uso de materiales de acero al carbono en el caso de temperaturas de trabajo inferiores a 400 °C y de aceros inoxidables en caso de mayor temperatura (por ejemplo, 500 °C).

Esta definición de diseño como tanque de almacenamiento a baja o alta temperatura supone una restricción en el uso específico de cada tanque. Por ejemplo, los tanques definidos como de baja temperatura no permiten el almacenamiento de fluidos a temperaturas superiores a 400 °C. Esta definición de las condiciones de temperatura de trabajo de cada uno de los tanques o baterías térmicas reduce la inversión inicial requerida por el sistema, pero resta capacidad total de almacenamiento térmico, disponibilidad y gestionabilidad de la instalación para una modularidad similar.

Es relevante el modelo de utilidad ES1247480U, que describe un método para bombeo de fluidos térmicos mediante efecto pistón y gases de trabajo a presión.

El solicitante no conoce ningún dispositivo o instalación que pueda ser considerado similar a la invención, o que proponga una solución a los mismos problemas técnicos.

BREVE EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención consiste en una instalación de almacenamiento energético mejorada según las reivindicaciones.

La invención divulga una instalación de captación, almacenamiento y cesión de energía para aplicaciones industriales, de calefacción, de generación de energía térmica o eléctrica, etc. La captación y la cesión se realizan mediante un fluido térmico como pueden ser sales fundidas, aceites térmicos, agua, etc.

En un sistema de este tipo, la cantidad de energía almacenada depende del número de tanques que pueden estar llenos de fluido caliente en cada momento. En el estado de la técnica, tal número se corresponde con la mitad de los tanques. En la invención, ventajosamente, pueden utilizarse casi todos los tanques, dejando un único tanque vacío. Por lo tanto, para una capacidad energética deseada, el número de tanques, válvulas y demás elementos se ve considerablemente reducido. Gracias a ello, la capacidad de almacenamiento térmico es mayor para un mismo número de tanques o, de forma equivalente, el volumen de la instalación es menor para la misma capacidad de almacenamiento. De forma secundaria, la instalación es altamente versátil, siendo muy sencillo aumentar o reducir la capacidad de almacenamiento térmico añadiendo tanques. La adición de un tanque se traduce directamente en el aumento de un tanque en cuanto a capacidad térmica.

La presente instalación de almacenamiento energético está formada por tres o más tanques de almacenamiento de fluido térmico (frío o caliente), un generador o fuente de calor y un equipo recuperador del calor para su aprovechamiento. Al menos uno de los tanques es un tanque dual. Se considerará un "tanque dual” el que está configurado para almacenar fluido caliente y fluido frío en momentos diferentes del funcionamiento. Por lo tanto, está realizado en un material resistente a las mayores temperaturas y tendrá capacidad de recibir fluido térmico a ambas temperaturas. Preferiblemente, uno de los tanques funcionará en todo momento con fluido frío con el fin de reducir sus requerimientos, como puede ser el material, el espacio ocupado debido al aislamiento, el coste, las condiciones de las conducciones que llevan a él, etc.

Si, además, el movimiento de los fluidos se realiza mediante efecto pistón, usando un gas de trabajo a presión, resulta en un sistema de baja complejidad, con reducido mantenimiento y casi nula posibilidad de fugas. Un ejemplo se aprecia en ES1247480U, del mismo solicitante. Este gas de trabajo, u otro fluido de trabajo (no térmico), se introduce en los tanques a alta presión para efectuar el impulso del fluido térmico. Por lo tanto, cuando se termina de vaciar el tanque correspondiente, éste queda lleno de gas de trabajo a alta presión y temperatura. Es deseable recuperar esa energía térmica y mecánica para aumentar la eficiencia de la instalación. Para ello, se puede almacenar en un depósito auxiliar o derivar directamente a un uso. Varios ejemplos, no limitativos de uso de esta energía térmico-mecánica son: un turbocompresor para elevar la presión del gas de trabajo que vacía otro tanque, como entrada al compresor que permite vaciar otros tanques, generar electricidad en una turbina, generar vapor para un proceso industrial... También puede precalentar el gas de trabajo antes de su entrada al otro tanque en un intercambiador.

Por ejemplo, en una instalación con N tanques, al menos N-2 son duales para poder maximizar la capacidad de la instalación. En ese caso, un tanque será siempre frío y otro siempre caliente. Sin embargo, la solución más preferida utiliza N-1 tanques duales y uno frío.

La instalación puede estar incorporada en uno o más contenedores ISO u otro estándar, de forma que resulta altamente modular dado que todos los tanques son iguales (duales) salvo, quizás, uno o dos de ellos. Por lo tanto, acoplando más contenedores al sistema se aumenta de forma directa, 1:1, la capacidad de almacenamiento térmico de la instalación.

Otras realizaciones particulares se comentarán más adelante con apoyo de las figuras.

DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

Para una mejor comprensión de la invención, se incluyen las siguientes figuras.

Las figuras 1 a 4 representan un esquema del funcionamiento de una primera realización, en varias fases del proceso.

MODOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

A continuación, se pasa a describir de manera breve un modo de realización de la invención, como ejemplo ilustrativo y no limitativo de esta.

En la figura 1 se aprecia un ejemplo de realización formado por tres o más tanques (1,2,3) que almacenan fluido térmico a dos temperaturas: caliente y fría. Al menos uno de los tanques (1,2,3), por ejemplo, el tercer tanque (3), es un tanque dual y está configurado para almacenar fluido caliente y fluido frío en momentos diferentes del funcionamiento. Los tanques (1,2,3) comprenden el aislamiento y los elementos necesarios para trabajar a la temperatura del fluido térmico. Con una configuración correcta, es posible asegurarse de que uno de los tanques (1,2,3) siempre almacene fluido frío, permitiendo así utilizar materiales y equipamiento más sencillos para ese tanque (1,2,3).

La instalación comprende también un generador o fuente de calor (4) y un equipo recuperador (5) de calor. La fuente de calor (4) puede ser una instalación solar, un sistema de recuperación de calor en una central térmica, un calentador eléctrico con electricidad excedentaria o de una instalación renovable o cualquier otra fuente de temperatura. El equipo recuperador (5) utiliza el fluido caliente para generar vapor en un recuperador de energía térmica, generar electricidad, o para cualquier otro uso posible del fluido caliente. No es relevante para la invención el tipo de fuente de calor (4) ni el del equipo recuperador (5). Igualmente, puede haber más de una fuente de calor (4) y más de un equipo recuperador (5), iguales o diferentes, en serie o en paralelo. En las figuras se ha representado una única conducción que mueve fluido frío o caliente según el momento de operación, por ser la solución más sencilla técnicamente. Sin embargo, es posible disponer de una conducción para fluido frío y otra para fluido caliente con sus respectivas entradas a los tanques duales.

En el momento representado en la figura 1, el primer tanque (1) almacena fluido caliente, el segundo tanque (2) almacena fluido frío y el tercer tanque (3) está vacío. Se ha de considerar que "vacío” se refiere al nivel mínimo del tanque (1,2,3) y que puede contener fluido térmico.

La instalación comprende también manómetros, sondas térmicas, derivaciones, bypass, válvulas y cualquier otro tipo de dispositivo habitual en este tipo de instalaciones. El bombeo o impulsión de los fluidos fríos y calientes puede ser por gas de trabajo, a presión, como el método mostrado en ES1247480U o por bombas de alta temperatura.

En las figuras se muestra la realización con impulso mediante gas a presión. Se aprecia que cada tanque (1,2,3) posee una entrada superior para el gas de trabajo desde un depósito (6) o buffer de alta presión. El gas de trabajo puede ser, por ejemplo, nitrógeno gaseoso o aire seco y limpio. Preferiblemente es químicamente neutro para no afectar a la instalación ni al fluido térmico. Preferiblemente será poco soluble en el fluido térmico. El depósito (6) es alimentado por un compresor (7) u otro sistema que asegure que la presión en el depósito (6) sea la deseada. Este depósito (6) se almacenará a muy alta presión para guardar energía que puede ser utilizada en caso de corte eléctrico o cualquier otra situación de emergencia. También es posible utilizar las horas valle para llenar el depósito (6) o buffer, así como otra fuente de energía eléctrica renovable, con el propósito de disponer de energía de presión almacenada en el gas para que las operaciones de carga y descarga del fluido térmico del sistema no tenga por qué ser simultánea en el tiempo. El fluido térmico sale de la parte inferior del tanque (1,2,3). La entrada de retorno será por arriba. El gas o fluido de trabajo entrará por arriba para hacer el efecto pistón.

En la figura 2 se aprecia un segundo momento del funcionamiento de la instalación, en el que el tercer tanque (3), dual, está llenándose de fluido caliente procedente del segundo tanque (2) a través de la fuente de calor (4). En la figura 3, el tercer tanque (3) está lleno de fluido caliente y empieza a vaciarse hacia el segundo tanque (2), a través del equipo recuperador (5), volviendo a la situación de la figura 1. Una vez vacío el tercer tanque, el primer tanque (1) se vacía a través del equipo recuperador (5) hacia el tercer tanque (3) (figura 4).

Por lo tanto, se aprecia que en las figuras 2 y 4 el tercer tanque (3) ha almacenado fluido a diferentes temperaturas. Entre medias es posible realizar una fase de precalentamiento o de recuperación del calor sensible mediante un fluido, como puede ser el gas de trabajo. Este gas de trabajo está presurizado tras vaciar el tanque (1,2,3) por lo que posee energía mecánica en forma de presión y alta temperatura. Esa energía térmico y/o mecánica puede ser recuperada de varias formas, por ejemplo, en una turbina (8).

Esta configuración permite llegar a utilizar todos los tanques (1,2,3), menos uno, para almacenar fluido caliente y así tener una capacidad mucho mayor que las soluciones anteriores sin tanques duales. En una instalación de N tanques, se puede almacenar energía térmica en N-1 tanques. Para ello, basta con que haya N-2 tanques duales, si hay un tanque caliente. También es posible usar N-1 tanques duales o incluso ser todos duales. Para ello, uno o dos tanques (1,2,3) trabajarán siempre con una misma temperatura. En el caso descrito en este apartado de la memoria, el primer tanque (1) siempre trabaja en caliente y el segundo tanque (2) siempre trabaja en frío y el tercer tanque (3) ha trabajado de forma dual para maximizar la capacidad.

Si así se desea, la instalación puede estar incorporada en uno o más contenedores ISO o cualquier otro tipo de contenedor estandarizado, de forma que es posible conectar un número variable de contenedores para crear una instalación con una capacidad u otra. Cada contenedor adicional tendría uno o más tanques duales, puesto que para aumentar la capacidad sólo hay que aportar más tanques duales junto a sus conducciones, válvulas etc. Por ejemplo, el tanque (1,2,3) puede estar formado por el propio contenedor.

Claims

REIVINDICACIONES

1- Instalación de almacenamiento energético mejorada, formada por tres o más tanques (1,2,3) de almacenamiento de fluido térmico, una fuente de calor (4) y un equipo recuperador (5), caracterizada por que al menos uno de los tanques (1,2,3) es un tanque dual configurado para almacenar fluido caliente y fluido frío en momentos diferentes del funcionamiento.
2- Instalación de almacenamiento energético mejorada, según la reivindicación 1, caracterizada porque comprende N tanques, de los cuales al menos N-2 son duales.
3- Instalación de almacenamiento energético mejorada, según la reivindicación 2, caracterizada por que comprende al menos N-1 tanques duales.
4- Instalación de almacenamiento energético mejorada, según la reivindicación 1, caracterizada por que está configurada para que uno de los tanques (1,2,3) funcione en todo momento con fluido frío.
5- Instalación de almacenamiento energético mejorada, según la reivindicación 1, caracterizada por que el fluido térmico es impulsado por efecto pistón de un gas de trabajo a presión.
6- Instalación de almacenamiento energético mejorada, según la reivindicación 5, caracterizada por que comprende un sistema de recuperación del calor sensible en el tanque dual en el paso de fluido térmico caliente a fluido térmico frío mediante el gas de trabajo.
7- Instalación de almacenamiento energético mejorada, según la reivindicación 1, caracterizada por que está incorporada en uno o más contenedores estandarizados.
8.- Instalación de almacenamiento energético mejorada, según la reivindicación 5, caracterizada por que comprende un sistema de recuperación de la energía mecánica y/o térmica del gas de trabajo a presión una vez realizado los procesos de trasvase del fluido térmico entre tanques.