ES2848198T3

ES2848198T3 - Método y aparato para almacenar energía térmica

Info

Publication number: ES2848198T3
Application number: ES05714222T
Authority: ES
Inventors: Richard Gentle; Hirak Dutt; Steven John Hamer; Stephen Hollis
Original assignee: Graphite Energy Assets Pty Ltd
Current assignee: Graphite Energy Assets Pty Ltd
Priority date: 2004-03-12
Filing date: 2005-03-14
Publication date: 2021-08-05
Anticipated expiration: 2025-03-14
Also published as: CA2558500A1; EP1730460A1; JP2007528976A; CY1123632T1; WO2005088218A1; EP1730460A4; AU2005222444B2; EP1730460B1; US20070209365A1; WO2005088218A9; AU2005222444A1; CN101023314A; CN101023314B; US8056341B2; CA2558500C; DK1730460T3; AU2010200829A1; WO2005088218A8; EP1730460B9

Abstract

Un método de almacenamiento de energía térmica en un cuerpo (12) de grafito a una temperatura elevada y de recuperación de la energía térmica del mismo, que comprende los pasos de calentar una región interna del cuerpo de grafito cuando se requiere almacenar la energía térmica y recuperar la energía térmica almacenada, cuando se requiera ser recuperada, caracterizado por que el paso de calentamiento comprende hacer pasar una corriente eléctrica a través de un resistor (18) dispuesto en la región interna del cuerpo de grafito, para hacer que su temperatura se eleve, existiendo un taladro o pozo (20) para incrustar el resistor (18) en el cuerpo (12) de grafito, el taladro o pozo (20) que se extienden desde una superficie superior (12.1) del cuerpo (12) hasta un punto (12.2) dentro del cuerpo (12) que es remoto de la superficie del mismo.

Description

DESCRIPCIÓN

Método y aparato para almacenar energía térmica

Campo técnico

La presente invención se refiere al almacenamiento de energía para su uso posterior. Más particularmente, la invención se refiere a un método y a un aparato para almacenar energía térmica en un cuerpo de grafito.

Antecedentes de la invención

La energía térmica es una forma de energía que se puede utilizar para una amplia variedad de propósitos. Muchos procesos dependen para su operación de la disponibilidad de energía térmica. No obstante, la facilidad con la que se puede utilizar la energía térmica es dependiente de la temperatura (o “nivel”) a la que está disponible. Dispositivos tales como bombas de calor diseñadas para “mover” o “mejorar” el calor desde niveles de temperatura baja a niveles de temperatura más alta son bien conocidos por el solicitante. No obstante, son de aplicación limitada. Además, no están disponibles bombas de calor para bombear calor a temperaturas elevadas.

Una de las desventajas inherentes de la energía térmica es que, debido a su tendencia a ser transferida a cuerpos que tienen una temperatura más baja, no se puede almacenar fácilmente durante períodos de tiempo prolongados. Esto se aplica en particular al calor a alta temperatura. De este modo, cuanto mayor sea la temperatura a la que se ha de almacenar el calor, mayor será su tendencia a perderse debido a la transferencia a cuerpos de temperatura más baja.

Esta desventaja se puede superar o mejorar sustancialmente inhibiendo la facilidad con la que se puede perder el calor desde un depósito o cuerpo en el que se almacena.

La transferencia de calor puede tener lugar por medio de conducción, convección o radiación. Es bien conocido que la pérdida de calor por conducción se puede contrarrestar mediante el uso de materiales de aislamiento térmico, que la pérdida de calor de un recipiente a través de la convección se puede contrarrestar aplicando un vacío en un espacio proporcionado entre el recipiente y un recinto alrededor del recipiente (tal como en un matraz de vacío), y que la pérdida de calor por radiación puede contrarrestar mediante el uso de materiales que tengan superficies de las que la emisividad es baja.

En comparación con la energía térmica, la energía eléctrica no es adecuada para almacenamiento a gran escala. Las tecnologías actualmente disponibles para almacenar energía eléctrica en forma de energía química, tales como baterías, son muy limitadas en tamaño y tienen una vida útil limitada. Otras tecnologías tales como volantes de inercia, supercondensadores y pilas de combustible también se están desarrollando solamente a pequeña escala. Todos se caracterizan por densidades de energía mucho más bajas que un sistema de almacenamiento de calor y un coste mucho más alto.

Un problema afrontado por los productores comerciales de electricidad a gran escala es la necesidad de instalar una capacidad de generación sustancialmente en exceso de la demanda media, debido a que una planta de generación de electricidad debe tener suficiente capacidad para satisfacer los picos de demanda. En Australia, por ejemplo, típicamente hay dos picos al día, uno que ocurre por las mañanas y otro por las noches. En horas normales, las diferencias entre pico y fuera de pico varían entre alrededor del 125 % de la demanda media y alrededor del 75 % de la demanda media, respectivamente. Así, en NSW, Australia, por ejemplo, si el consumo medio diario de electricidad es de alrededor de 7500 MW, la variación normal es de alrededor de 6000 MW fuera de pico a alrededor de 12000 MW en pico. La magnitud de los picos está relacionada normalmente con las condiciones meteorológicas. De este modo, un clima muy caliente y muy frío causa un alto consumo de electricidad. En algunos otros países, particularmente en el hemisferio norte, las variaciones entre pico y fuera de pico son mucho mayores.

A nivel mundial, las variaciones entre pico y media en un país o región en particular dependen de una gama de factores, tales como el grado en el que los hogares del país o región están conectados a la electricidad, el consumo de electricidad per cápita en el país o región, el coste de la electricidad, las proporciones relativas de electricidad consumida por la industria, la minería, la agricultura y los hogares privados, etc. Para desalentar el uso de electricidad durante los períodos pico y alentar el consumo durante los períodos fuera de pico, las empresas de servicios públicos a menudo cobran una prima por la electricidad suministrada durante los períodos pico. Además o como alternativa, algunas veces se recauda un cargo por demanda máxima, donde tal cargo está relacionado con la necesidad de que la empresa de servicios públicos cree suficiente capacidad de generación para abastecer los períodos de demanda pico.

Las tecnologías existentes para almacenar energía eléctrica a gran escala incluyen tecnologías tales como esquemas hidroeléctricos de almacenamiento por bombeo y sistemas de aire comprimido. Ellos están limitados en la medida en que pueden contribuir a suavizar entre el suministro entre periodos pico y fuera de pico, en la medida que solamente se pueden instalar donde las características geográficas lo permitan.

Dado que la energía eléctrica no se puede almacenar fácilmente como tal, hay una necesidad de un sistema viable para convertir energía eléctrica en energía térmica y almacenarla en esa forma hasta que pueda utilizar en un momento posterior.

También existe una necesidad de almacenamiento de energía térmica durante períodos de tiempo relativamente cortos entre un período fuera de pico y el próximo período pico.

Aunque existen tecnologías para la recuperación de energía a partir de fuentes renovables, estas tecnologías a menudo sufren de la desventaja de que mucha de la energía recuperada no se puede utilizar cuando la energía está disponible mientras que, cuando se necesita, la fuente renovable no está disponible. De este modo, debido a las diferencias en las horas cuando están disponibles y las horas en que se requieren, estas energías renovables no se pueden integrar fácilmente en las redes eléctricas existentes. Las tecnologías incluidas en esta categoría incluyen las dirigidas a la recuperación de energía solar, eólica y undimotriz en forma de calor o electricidad.

Por consiguiente, existe una necesidad de una mejor integración de las energías renovables en las redes eléctricas reubicando las horas de disponibilidad a las horas de demanda, así como la capacidad de convertir un suministro de energía intermitente en un suministro permanente almacenando la energía para su uso cuando la energía renovable no está disponible.

Debido a que la temperatura es la fuerza de accionamiento para la transferencia de calor, también hay una necesidad de un método y un aparato para almacenar energía térmica a altas temperaturas.

La Patente de EE.UU. 4.089.176 describe un método y un aparato para operar turbomaquinaria de potencia que incluye un dispositivo de almacenamiento de energía térmica que comprende un núcleo de grafito. El núcleo de grafito se calienta desde su superficie exterior por inducción electromagnética. No obstante, este dispositivo de almacenamiento sufre de la desventaja de que las pérdidas de energía son altas, lo cual es un problema inherente al calentar un cuerpo de grafito desde el exterior, debido a las temperaturas de operación más altas en la superficie exterior del cuerpo de grafito. La pérdida de calor es alta a pesar de los intentos de minimizarla mediante el uso de aislamiento. Además, la temperatura que se puede tolerar en la superficie exterior del núcleo está limitada por la temperatura máxima de operación del material de aislamiento.

El documento 5.994.681 describe un aparato para calentar con corrientes parásitas un cuerpo de grafito. El aparato tiene un cuerpo de grafito y una fuente de campo magnético conectada operativamente con el cuerpo de grafito de modo que un campo magnético de la fuente de campo magnético penetre al menos en una parte de una superficie del cuerpo de grafito. Al menos una de la fuente de campo magnético y el cuerpo de grafito es móvil con relación al otro para el movimiento de al menos uno de la fuente de campo magnético y el cuerpo de grafito con relación al otro para hacer que el campo magnético en la parte de superficie del cuerpo de grafito varíe para inducir corrientes parásitas en el cuerpo de grafito y calentar el cuerpo de grafito.

Objeto de la invención

Es un objeto de la presente invención superar o mejorar sustancialmente al menos una de las desventajas anteriores.

Otro objeto de la invención es abordar al menos una de las necesidades mencionadas anteriormente.

Compendio de la invención

La invención proporciona un método de almacenamiento de energía térmica en un cuerpo de grafito según la reivindicación 1 y un aparato para almacenar energía térmica en un cuerpo de grafito según la reivindicación 3. Descrito de manera más general en esta descripción está un método de almacenamiento de energía térmica en un cuerpo de grafito a una temperatura elevada y recuperar el calor del mismo, que comprende calentar una región interna del cuerpo de grafito cuando se requiere almacenar la energía térmica y recuperar el calor cuando se requiera.

Calentando la región interna del cuerpo de grafito, se aumenta la cantidad de energía transferida al grafito. Esto también tiene la ventaja de que las pérdidas de energía se pueden minimizar, no solamente debido a que la temperatura de operación de la superficie exterior del cuerpo de grafito puede ser menor para el almacenamiento de una cantidad de energía dada a ser almacenada, sino también debido a que se pueden utilizar materiales de aislamiento térmico más baratos o más eficaces.

El cuerpo de grafito se puede subdividir en partes, capas, secciones o regiones separadas que se pueden disponer en una, dos o tres dimensiones a ser situadas alrededor de la región interna que se calienta. De este modo, la descripción también prevé calentar dos o más cuerpos de grafito a partir de superficies o extremos que, en uso, están dispuestos alrededor de una región que constituye una región interna de una combinación de los cuerpos. Puede haber 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 o más cuerpos, partes, secciones, capas o subdivisiones.

Las subdivisiones, cuerpos, partes, secciones o capas se pueden disponer en la región interna de tal manera que estén en comunicación térmica unas con otras. De este modo, los cuerpos adyacentes o vecinos pueden estar en contacto unos con otros. Para mejorar la transferencia de calor entre cuerpos, partes, secciones, capas o subdivisiones adyacentes, pueden apoyarse los cuerpos o las partes o las subdivisiones vecinas o adyacentes. Las subdivisiones, cuerpos, partes, secciones o capas se pueden adaptar a ser mantenidas juntas en un conjunto. El conjunto se puede adaptar para ser desmontado y volver a montar fácilmente con propósitos de mantenimiento. El cuerpo de grafito puede tener la forma de un cubo, un prisma triangular, un prisma en forma de pentágono, un prisma hexagonal, un prisma octogonal, un bloque o prisma rectangular, una esfera, una elipse, un ovoide, un cilindro, un prisma cilíndrico, un prisma irregular, un prisma regular o cualquier otra forma adecuada.

Según un segundo aspecto de esta descripción, se proporciona un método de almacenamiento de energía térmica en una pluralidad de cuerpos de grafito a una temperatura elevada y recuperación de la energía térmica de los mismos, que comprende los pasos de calentar una región interna de un conjunto de los cuerpos de grafito cuando se requiera almacenar la energía térmica y recuperar la energía térmica de los mismos, cuando se requiera.

El método incluye el paso de hacer pasar una corriente eléctrica a través de un resistor que se dispone en la región interna del cuerpo o conjunto de grafito de modo que haga subir su temperatura. Puede haber 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 o más resistores.

La o cada resistor puede formar parte de un circuito eléctrico que se puede conectar al sistema de la red durante las horas fuera de pico y que se puede desconectar del sistema de la red cuando la demanda está en o cerca de su pico. Alternativa o adicionalmente, el resistor se puede conectar o puede ser conectable a un circuito eléctrico que se puede excitar por un suministro de electricidad recuperando energía eléctrica de una fuente de energía renovable.

La o cada resistor se conecta preferiblemente al circuito eléctrico o al suministro de electricidad por medio de uno o dos conectores. El o cada conector está hecho preferiblemente de un metal tal como acero o cobre. Con el fin de evitar el deterioro del resistor, los contactos eléctricos están hechos preferiblemente del mismo material preferiblemente de cobre. Se debería tener cuidado para evitar cargas de alta corriente con las conexiones eléctricas a temperaturas elevadas.

Alternativa o adicionalmente, el cuerpo de material de grafito se puede calentar usando calor recuperado de una fuente de energía que puede ser renovable.

El método según la invención incluye el paso de recuperar energía térmica del cuerpo de material de grafito, cuando se requiera. El calor recuperado se puede usar como energía térmica en sí mismo o para su conversión a electricidad. La energía térmica se puede recuperar transfiriéndola a un sólido o un fluido.

El calor se puede recuperar del cuerpo de material de grafito por medio de un intercambiador de calor localizable al menos parcialmente en el interior o en las proximidades del cuerpo de material de grafito. En el caso de que el resistor esté situado fuera del cuerpo de material de grafito, el mismo intercambiador de calor o uno diferente se puede usar para transferir el calor generado por el resistor al cuerpo de material de grafito. Para reducir las pérdidas de calor del cuerpo de material de grafito sólido, el método según el primer aspecto de la invención también puede incluir el paso de aislar el cuerpo de material de grafito y contenerlo en un entorno controlado.

Según un tercer aspecto de esta descripción, se proporciona un aparato para almacenar energía térmica en un cuerpo de material de grafito a temperatura elevada, que comprende medios para calentar una región interna del cuerpo de material de grafito.

Según un cuarto aspecto de esta descripción, se proporciona un aparato para almacenar energía térmica en una pluralidad de cuerpos de material de grafito a una temperatura elevada, que comprende medios para calentar una región interna de un conjunto de cuerpos de material de grafito.

Los medios para calentar una región interna del cuerpo de material de grafito o el conjunto comprenden un resistor y pueden comprender además:

medios para hacer pasar una corriente eléctrica a través del resistor para hacer que aumente su temperatura; y medios para transferir el calor generado por el resistor al cuerpo de material de grafito.

El resistor se puede adaptar para ser conectado a un circuito eléctrico para hacer pasar la corriente eléctrica a través del resistor. El circuito eléctrico se puede conectar a una fuente de alimentación de la red o a cualquier fuente de electricidad producida a partir de energía renovable.

Como se ha expuesto anteriormente, el cuerpo de grafito se puede subdividir en partes, capas, secciones o regiones separadas que se pueden disponer en una, dos o tres dimensiones para ser situadas alrededor de la región interna que se calienta. De este modo, los aspectos descritos en la presente memoria también prevén calentar dos o más cuerpos de grafito de superficies o extremos que, en uso, están dispuestos alrededor de una región que constituye una región interna de una combinación de los cuerpos.

En una realización, el cuerpo de material de grafito o el conjunto comprende un núcleo y una o más capas, partes, secciones o bloques que rodean o envuelven el núcleo. Las capas, etc., sucesivas y el núcleo se pueden aislar térmicamente unos de otros.

Una temperatura de operación en el núcleo puede ser más alta que una temperatura de operación en la primera capa que la rodea, que a su vez puede ser más alta que la temperatura de operación de la siguiente capa y así sucesivamente.

La temperatura de operación del núcleo puede exceder la temperatura de operación recomendada del material de construcción usado en asociación con la primera capa de material de grafito que rodea el núcleo del cuerpo de grafito.

Como ejemplo, la temperatura de operación del núcleo y, opcionalmente, una o más de las capas circundantes del cuerpo de material de grafito pueden exceder 900 °C, mientras que la temperatura de operación de la capa externa se mantiene por debajo de 900 °C para permitir el uso de materiales de construcción que son incapaces de ser operados a temperaturas que exceden 900 °C.

La temperatura de operación del aparato y los métodos descritos en la presente memoria pueden exceder 300 °C. Preferiblemente excede una temperatura de 800 °C. Más preferiblemente, excede 1500 °C, aún más preferiblemente excede 2000 °C para lograr la densidad máxima de almacenamiento de energía. La temperatura de operación del aparato y los métodos descritos en la presente memoria puede estar en el intervalo de 300 °C - 2400 °C, 1000 °C -2400 °C, 1500 °C - 2400 °C, 1900 °C - 2400 °C o 2400 °C - 3000c°C.

Se ha encontrado que, cuanto mayor sea la temperatura de operación, mayor será la energía térmica que se puede almacenar en el grafito, como se muestra en la Tabla 1. Los datos contenidos en la Tabla 1 se representan gráficamente en la Figura 7.

Tabla 1

El cuerpo de material de grafito sólido se selecciona convenientemente de manera que su conductividad térmica sea tan alta como sea posible. La conductividad térmica a 1000 °C del material preferiblemente excede alrededor de 80 W/m°K, más preferiblemente excede alrededor de 100 W/m°K, incluso más preferiblemente, excede alrededor de 200 W/m.°K. La conductividad térmica a 1000 °C del material puede estar entre 80 W/m.°K - 250 W/m.°K, 100 W/m.°K - 250 W/m.°K, 150 W/m.°K-250 W/m.°K, o 180 W/m.°K-220 W/m.°K por ejemplo.

El punto de sublimación del grafito a > 3500 °C está convenientemente por encima de la temperatura de operación propuesta del aparato.

La alta conductividad térmica, el alto punto de sublimación y la baja emisividad del grafito lo hacen el material preferido con propósitos de almacenamiento de calor.

La emisividad del grafito (que se define como la relación de energía irradiada por una superficie de un cuerpo de material a la irradiada por un cuerpo negro ideal a la misma temperatura y con la misma área) se selecciona o reduce convenientemente mediante procesos de purificación adecuados para el grafito de manera que sea tan baja como sea posible. Está preferiblemente por debajo de alrededor de 0,3. Preferiblemente está en el intervalo de 0,3 a 0,05 o de 0,3 a 0,1 o de 0,3 a 0,15.

Es preferible evitar que el oxígeno entre en contacto con el material de grafito a alta temperatura debido al riesgo de combustión. Se ha encontrado que a temperaturas que exceden alrededor de 300 °C, la superficie del grafito comienza a llegar a estar activa y reacciona con cualquier oxígeno que puede estar presente. Por esa razón, el aparato según esta descripción preferiblemente también comprende un recinto adaptado para contener el material de grafito en una atmosfera de gas no oxidante o al vacío.

El grafito puede ser sintético o natural. El grafito se selecciona preferiblemente de manera que contenga tan pocas impurezas minerales como sea posible. Se prefiere el uso de grafito cristalino de alta pureza, por ejemplo, grafito que tenga una pureza de desde el 95 % en peso al 99,9 % en peso, densidades de almacenamiento de energía tan altas como sea posible cuando se usa grafito que tiene una alta pureza. Además, una emisividad baja es una característica del grafito cristalino. Se puede usar con excelentes resultados grafito que tenga una pureza de 90-99 % en peso, más típicamente desde alrededor del 93 % en peso hasta alrededor del 98 % en peso, aún más típicamente de alrededor del 95 % en peso, 96 % en peso, 97 % en peso, 98 % en peso o 99 % en peso. Para obtener mejores resultados, el grafito puede ser de una pureza muy alta, por ejemplo, hasta un 99,99 % en peso de pureza, que es preferiblemente cristalino.

El grafito de alta pureza que tiene una densidad aparente de al menos 1,5, típicamente 1,75, y preferiblemente desde alrededor de 2,1 hasta alrededor de 2,2, es adecuado para su uso como medio de almacenamiento. Preferiblemente se usa grafito de alta pureza que tiene una densidad aparente en el intervalo de 1,5 a 2,2, 1,6 a 2,2, 1,7 a 2,2, 1,8 a 2,2, 1,9 a 2,2 o 2,0 a 2,2.

El grafito puede ser grafito sólido o grafito comprimido o grafito granular comprimido. Se puede usar un único bloque de grafito o se pueden usar dos o más bloques más pequeños, mientras que se asegura que cada bloque hace un contacto térmico eficiente con los bloques adyacentes cuando se pone en contacto con ellos. En esta realización, los bloques más pequeños se pueden mantener adecuadamente en contacto pasando fibras de grafito alrededor o a través de los bloques y tensando las fibras de grafito. Alternativamente, grafito en bruto que se produce de manera natural y se extrae comercialmente, se puede usar para la fabricación del cuerpo del material sólido. Bloques de grafito natural en bruto según se extraen, típicamente alrededor del 90 % en peso de grafito, por ejemplo, se pueden calentar al vacío hasta alrededor de 2200-3000 °C, más típicamente hasta alrededor de 2400 °C, hasta que esencialmente no se desarrollen más volátiles, lo que típicamente proporciona grafito de al menos alrededor del 95 % en peso de pureza, que puede usar en el método y el aparato de esta descripción.

La pureza del material de grafito seleccionado en esta descripción es importante debido a que las impurezas afectan a su conductividad. La pureza también tiene un efecto sobre la vida de servicio del aparato. En el caso del grafito, su pureza se puede expresar como % de cenizas sobre la combustión total. Para que un aparato tenga una vida útil aceptable, se considera aconsejable que el grafito tenga un contenido de cenizas de menos de alrededor del 5 % en peso, preferiblemente por debajo de alrededor del 4 %, 3 %, 2 % o 1,0 %, más preferiblemente por debajo de alrededor del 0,6 %, especialmente por debajo de alrededor del 0,3 %.

Como alternativa adicional, un cuerpo de grafito se puede fabricar en situ formando un cuerpo de un material carbonoso adecuado y calentando el material carbonoso bajo una atmósfera reductora o inerte para grafitizar el material carbonoso. Materiales carbonosos adecuados para este propósito incluyen aquellos materiales con un contenido de carbono relativamente alto que son sólidos o semisólidos. Ejemplos son carbono amorfo, alquitrán, betún, brea, asfalto, carbón, coque de petróleo y sacarosa. El cuerpo de material carbonoso se puede reforzar con fibras de carbono o con tela de carbono. De este modo, un método típico para preparar un bloque de grafito comprende los pasos de (i) preparar una mezcla de brea u otro aglutinante y polvo de grafito, (ii) ablandar la mezcla calentándola, (iii) cargar la mezcla ablandada en un molde del tamaño y forma deseados y carbonizar el bloque moldeado en un horno de cocción hasta 1200 °C, (iv) transferir el bloque moldeado a un recinto que se puede evacuar calentable, (v) evacuar el recinto a una presión absoluta de 500 Pa o menos, típicamente 100-500 Pa, (vi) calentar el bloque gradualmente a una temperatura de aproximadamente 2200-2500 °C, más típicamente aproximadamente 2400 °C durante 24-48 horas mientras que se mantiene la presión del recinto a 500 Pa o menos, típicamente 100-500 Pa, para grafitizar la brea u otro aglutinante, (vii) enfriar el bloque, (viii) admitir aire en el recinto y (ix) retirar el bloque grafitizado.

Cuando la temperatura de operación del aparato ha de exceder alrededor de 50 °C, el cuerpo de grafito preferiblemente se debería aislar térmicamente del entorno de modo que reduzca la cantidad de pérdidas de calor al mismo.

El cuerpo de material de grafito sólido se puede conformar esféricamente y se puede dotar con un taladro o pozo que se extiende desde su superficie hasta su centro. Alternativamente, el cuerpo de material de grafito sólido puede tener cualquier otra forma conveniente, tal como un cubo, un prisma o similar, o puede tener una forma irregular. Se apreciará que la relación de la superficie a volumen del cuerpo de material debería ser preferiblemente tan baja como sea posible, teniendo en consideración el coste del material, los costes de fabricación, los costes de energía y la necesidad de minimizar las pérdidas de calor del cuerpo de material.

Se proporciona un taladro o pozo para incrustar el resistor en el cuerpo de grafito. El resistor se puede aislar opcionalmente de un cuerpo de material de grafito sólido por medio de una capa de material eléctricamente aislante proporcionada entre una parte sustancial de la superficie interna del taladro o pozo y el resistor, para reducir la proporción de la corriente eléctrica total que fluye a través de las paredes laterales del pozo al material circundante que forma parte del cuerpo de material de grafito sólido, y para asegurar que la mayor parte de la corriente eléctrica fluya a través de una región o área o proporción deseadas de la superficie interna del taladro o pozo. Esta región se puede situar convenientemente en una posición dentro del cuerpo de material de grafito sólido y remota de la superficie.

El aparato puede comprender un electrodo, al menos una parte del cual se puede conectar al resistor. El electrodo también se puede incrustar en cada taladro o pozo. El taladro o pozo se puede llenar, al menos parcialmente, con un material carbonoso granular de alta pureza formando de este modo el resistor eléctrico.

Cada resistor se puede aislar del material circundante por medio de un aislante adecuado que puede tener la forma de un tubo, preferiblemente un tubo cilíndrico, que se puede hacer convenientemente de un material de aislamiento, tal como alúmina o cualquier otra cerámica dieléctrica que pueda resistir las condiciones de operación del aparato. El suministro eléctrico puede ser dc o ac.

El aparato se puede operar de manera que la densidad de corriente, que se mide en cada interfaz de resistor de electrodo, sea menor que alrededor de 0,5 vatios/mm2. Se ha encontrado que, cuanto menor sea el contenido de cenizas del material granular, mayor será la densidad de corriente que se puede tolerar por el aparato. Con un material granular que tiene un contenido de cenizas de menos de alrededor del 0,6 % en peso, se puede lograr una densidad de corriente tan alta como 0,7 vatios/mm2. Estas cifras pueden variar dependiendo del entorno en la camisa, cámara o recinto.

El resistor puede tener una resistencia a una corriente eléctrica que, sobre una corriente eléctrica que fluye a través del resistor, hace la conversión de energía eléctrica a energía térmica. El resistor se puede formar o situar en el taladro o pozo. El resistor se puede conectar eléctricamente a un electrodo que a su vez se puede conectar a un circuito eléctrico.

El resistor se incrusta en el taladro o pozo que puede contener un material adecuado de resistencia eléctrica elevada tal como un material carbonoso con una sustancia añadida que tenga una resistencia eléctrica más alta o alta. El material añadido de resistencia eléctrica alta se puede seleccionar del grupo que consiste en alúmina, circonio y otras cerámicas de óxido, carburo o nitruro adecuadas.

El primer electrodo puede estar hecho de metal conductor o grafito que puede estar en contacto con, o insertado o incrustado en el resistor.

La resistividad del material del primer electrodo es preferiblemente menor que alrededor de 20 microohmios ■ metro, más preferiblemente menos que alrededor de 10 microohmios ■ metro, incluso más preferiblemente, menos que alrededor de 5 microohmios ■ metro.

El aparato puede comprender un segundo electrodo que también se puede conectar al cuerpo de material a través de un segundo pozo o taladro proporcionado en el cuerpo de material y que se extiende desde su superficie hasta sustancialmente el centro del mismo. Alternativamente, el segundo electrodo se puede conectar al menos a una parte de la superficie del cuerpo de material sólido. De esta forma, la trayectoria de flujo de la corriente eléctrica conducida entre el primer electrodo y el segundo electrodo se puede seleccionar de manera que cause una resistencia eléctrica mínima a través del cuerpo de material, mientras que se asegura que se genera calor preferiblemente tan cerca como sea posible del centro del mismo.

Incrustando los electrodos al menos parcialmente en material carbonoso situado en el taladro o pozo, los electrodos se pueden mover dentro y fuera del taladro o pozo hasta cierto punto, sin deteriorar significativamente el contacto eléctrico entre el electrodo y las partículas de carbono en el interior del taladro o pozo.

Se ha encontrado que el diámetro del electrodo en relación a su longitud es importante al asegurar que se minimice el calor que se conduce a lo largo del electrodo y lejos del cuerpo del material. La resistencia eléctrica y la conductividad térmica del electrodo son preferiblemente bajas, mientras que su resistencia mecánica es preferiblemente suficiente para servir a su propósito. La densidad de corriente es preferiblemente no más de alrededor de 1 W/mm2 de área de sección transversal de este electrodo, más preferiblemente no más de alrededor de 0,8 W/mm2, aún más preferiblemente no más de alrededor de 0,5 W/mm2.

Se pueden usar tubos de grafito para impartir una conexión eléctrica entre el cuerpo de material y los electrodos. Los tubos de grafito se pueden unir al cuerpo de material por medio de una cola de grafito fino unido con resina que fragua con calor.

Es deseable que el área de superficie total de cada electrodo sea lo suficientemente alta para asegurar que la densidad de la corriente pasada a través del electrodo no exceda alrededor de 0,5 vatios/mm2 de área de superficie del electrodo, en el caso de que se use grafito y el contenido de cenizas del grafito sea de alrededor del 0,5 % en peso. Cuando se usa grafito que tiene un contenido de cenizas más bajo, se puede tolerar una densidad de corriente más alta.

Cuando la temperatura de un cuerpo de grafito excede la temperatura a la cual ocurre la oxidación, se emplea preferiblemente una atmósfera inerte o una cámara o recinto evacuado como se ha descrito anteriormente.

En otra realización, se proporciona un recinto adaptado para resistir un vacío, y el cuerpo de material de grafito sólido se suspende en el interior del recinto de tal forma que no toque el recinto. Entonces se aplica un vacío en el espacio entre el cuerpo de material y el recinto. Si se desea, el espacio entre el cuerpo de material y el recinto se puede llenar con una capa de gas no oxidante. El vacío se aplica preferiblemente a alrededor de 5-10 milibares. El gas no oxidante está preferiblemente libre de humedad, para reducir la posibilidad de que tenga lugar la reacción de gas de agua entre la humedad y el material carbonoso a alta temperatura, dando como resultado la oxidación parcial del material carbonoso.

Para reducir las pérdidas de calor del cuerpo de material al entorno, se puede impedir o restringir una transferencia de calor por medio de una cualquiera o más de conducción, convección y radiación.

Se ha encontrado que el uso de un vacío entre el cuerpo de material sólido y el recinto para reducir la transferencia de calor por conducción y convección funciona bien. La evacuación en combinación con el uso de un material de aislamiento sólido en el espacio entre el cuerpo de material y el recinto, se puede usar para reducir las pérdidas de calor a niveles aceptables. El material de aislamiento es preferiblemente fibroso. Alternativamente, se pueden usar ventajosamente cenosferas, perlita, vermiculita, otros gránulos de aislamiento térmico, material poroso o espumado así como capas reflectantes.

Con el fin de reducir las pérdidas de calor por conducción, el cuerpo de material de grafito sólido se puede cubrir con una o más capas de un material de aislamiento adecuado. El aparato puede comprender, de este modo, una o más capas de material de aislamiento térmico que cubren o se disponen alrededor del cuerpo de material de grafito sólido, el material de aislamiento térmico que está adaptado para inhibir la pérdida de calor del cuerpo de material. El aislamiento térmico es típicamente mineral o cerámico. A altas temperaturas, se requiere material de aislamiento a base de carbono o grafito.

Más típicamente, el aparato comprende una camisa, cámara o recinto que rodea un bloque de grafito, y la camisa, cámara o recinto contiene una atmósfera inerte o se evacúa internamente.

Con el fin de reducir la transferencia de calor por radiación, se pueden proporcionar superficies reflectantes en la superficie externa del cuerpo de material sólido y en la superficie interna del recinto. Las superficies internas de la camisa, cámara o recinto están, de este modo, preferiblemente altamente pulidas para minimizar la pérdida de calor por radiación. Por razones de resistencia mecánica, coste y capacidad de resistir temperaturas elevadas, la camisa, cámara o recinto se hace preferiblemente de un metal, preferiblemente acero. Cuando la camisa, la cámara o el recinto se evacúan internamente, el cuerpo de grafito se separa de la camisa, cámara o envolvente por uno o más separadores aislantes. Los separadores aislantes pueden ser una o más capas de un material cerámico, opcionalmente separadas por una capa de un metal, tal como molibdeno, tungsteno o metal refractario con aleaciones de acero inoxidable o aluminio a temperaturas más bajas. Ejemplos de aislantes térmicos cerámicos adecuados incluyen óxidos metálicos tales como óxido de berilio, óxido de magnesio, óxido de calcio, óxido de estroncio, óxido de osmio, trióxido de lantano, trióxido de itrio, trióxido de escandio, dióxido de titanio, dióxido de circonio, dióxido de hafnio, pentóxido de tantalio, pentóxido de niobio, alúmina, sílice, óxido de níquel y otros materiales inorgánicos tales como nitruro de silicio, carburo de silicio, carburo de boro, carburo de tantalio, carburo de titanio, carburo de tungsteno, carburo de circonio, nitruro de aluminio, boruro de circonio, espinela, mullita, forsterita, arcilla refractaria, dolomita, magnesita, porcelanas con alto contenido de alúmina, porcelanas con alto contenido de magnesia, silimanita, cianita, silicato de circonio y mezclas de los mismos. También se podrían usar formas espumadas o fibrosas de carbono o grafito.

Los separadores aislantes pueden comprender alternativamente una o más capas de cerámica impregnada de grafito en contacto térmico con un intercambiador de calor que separa la cerámica impregnada de la camisa, cámara o recinto. En esta disposición, el intercambiador de calor se puede mantener a una temperatura lo suficientemente baja para minimizar la pérdida de calor del cuerpo de grafito a la camisa, cámara o recinto mientras que, con la elección adecuada de cerámicas impregnadas de grafito, el cuerpo o cuerpo de grafito se puede mantener a una temperatura muy alta. Típicamente, el cuerpo o cuerpos de grafito dentro de la chaqueta, cámara o recinto operan a una temperatura máxima de hasta 2800 °C. Más típicamente, el cuerpo o cuerpos de grafito operan a una temperatura máxima de alrededor de 1400 °C a alrededor de 2000 °C, de alrededor de 1400 °C a alrededor de 1950 °C, de alrededor de 1400 °C a alrededor de 1900 °C, de alrededor de 1400 °C a alrededor de 1800 °C, de alrededor de 1400 °C a alrededor de 1700 °C, de alrededor de 1400 °C a alrededor de 1600 °C, de alrededor de 1400 °C a alrededor de 1500 °C incluso más típicamente a una temperatura máxima de alrededor de 1400 °C, 1450 °C, 1500 °C, 1550 °C, 1600 °C, 1650 °C, 1700 °C, 1750 °C o 1800 °C Durante la descarga de energía, las temperaturas pueden caer hasta 200 a 300 °C o 200 a 500 °C.

La cámara o recinto se puede evacuar internamente y luego sellar para retener el vacío interno, o se puede conectar a una bomba de vacío para mantener el vacío. Típicamente, cuando se conecta una bomba de vacío, la bomba se dispone para operar solamente de manera intermitente, por ejemplo, cuando las fugas hacen que la presión en la cámara o recinto se eleve por encima de un valor predeterminado. El vacío en la cámara o recinto se mantiene típicamente en el intervalo de alrededor de 1 Pa absoluto a alrededor de 500 Pa absolutos, más típicamente en el intervalo de alrededor de 20 Pa absolutos a alrededor de 250 Pa absolutos, aún más típicamente en el intervalo de alrededor de 50 Pa absolutos a alrededor de 100 Pa absolutos.

Se apreciará que el contacto directo entre cualquiera de los cuerpos de grafito y aire caliente u otros gases oxidantes se ha de evitar cuando la temperatura de esos gases sea tal como para dar como resultado una oxidación sustancial del cuerpo o cuerpos de grafito. La temperatura a la que ocurre tal oxidación depende de la pureza del grafito, pero puede ser tan baja como 250 °C para carbono de grafito impuro y 400°C para grafito natural puro. El método del primer aspecto y el aparato del segundo aspecto pueden utilizar, de este modo, la alta conductividad térmica del grafito y su calor específico inusualmente alto a altas temperaturas para proporcionar un sistema para el almacenamiento de energía térmica.

El calor específico de cualquier material es una función de la temperatura del material. La energía térmica tota1H que se requiere para elevar un cuerpo desde una temperatura inicial T1 hasta una temperatura final T2 se puede expresar como

donde c(t) es el calor específico del cuerpo a la temperatura t.

Cuando T2 es más alta que la temperatura ambiente de los alrededores del cuerpo, la cantidad de calor H o alguna parte de él está disponible para hacer un trabajo útil. La relación entre la temperatura de una masa de grafito y la cantidad de energía absorbida por la masa de grafito es de manera que a temperaturas por encima de aproximadamente 600 °C, la absorción de energía adicional por la masa caliente da como resultado una advertencia adicional relativamente pequeña, particularmente en comparación con un material tal como el hierro. De este modo, una capacidad de almacenamiento de calor relativamente alta se exhibe por el grafito. A una temperatura de alrededor de 1600 °C, por ejemplo, una masa de 1 tonelada de grafito almacena aproximadamente 3,6 GJ de energía más que la que almacena a 20 °C. En comparación, la misma masa de hierro a la misma temperatura almacena aproximadamente 1,3 GJ (en cuya etapa se funde).

Además, la alta conductividad térmica del grafito asegura que el sobrecalentamiento local de una masa de grafito se minimiza. Cuando se aplica energía a una pequeña región de un bloque de grafito de alta pureza todo el bloque se calienta por ello casi uniformemente. La conductividad térmica del grafito también se puede explotar en los medios de transferencia de calor en las realizaciones descritas en la presente memoria, construyendo los medios de transferencia de calor a partir de grafito, o utilizando, de otro modo, el grafito en los medios de transferencia de calor como se ha descrito anteriormente.

La fuente de electricidad puede ser cualquier fuente conveniente, tal como electricidad de la red, particularmente donde el suministro a tarifas de precios más bajos está disponible en horas de demanda de electricidad baja. Una estrategia similar se puede usar por los proveedores de electricidad con el fin de suavizar la demanda de carga de los generadores de electricidad.

La fuente de electricidad puede variar y puede incluir electricidad recuperada de fuentes de energía renovable tales como energía eólica, hidráulica, undimotriz, solar y mareomotriz, de las cuales la disponibilidad durante algunos períodos excede la demanda por lo tanto, y de las cuales la demanda durante otros períodos excede la disponibilidad de las mismas. La duración de los períodos de exceso de disponibilidad y los períodos de exceso de demanda puede ser de alrededor de, digamos, 20 a 60 minutos a varias horas, como en el caso de los picos y valles experimentados en la demanda de potencia de la red, o pueden ser de mayor duración tal como del día a la noche, como en el caso de la disponibilidad de energía solar, o varios días como en el caso de la energía eólica y undimotriz. Cuando está disponible una abundancia de energía durante, digamos, una temporada, el almacenamiento de tal energía en forma de calor de esa temporada a otra temporada en la que se requiere, se puede considerar usando las enseñanzas de esta descripción. De este modo, la energía térmica almacenada en los cuerpos del aparato de esta descripción se puede usar en horas de demanda pico de calor o electricidad.

Con el fin de asegurar que las conexiones eléctricas a los electrodos se mantengan a una temperatura relativamente baja, las conexiones eléctricas se pueden enfriar por medio de agua que circula a través de camisas proporcionadas alrededor de ellas.

Ejemplos de aislantes térmicos cerámicos adecuados que se pueden usar incluyen los ejemplificados en la presente memoria anteriormente.

Se pueden usar electrodos adicionales con el fin de asegurar que la densidad de corriente superficial no excede alrededor de 0,5 a alrededor de 1,0 vatios/mm2 Cuando el aparato según esta descripción se ha de usar para almacenar energía durante los períodos fuera de pico, es importante que la energía sea transferida a y desde el aparato a una tasa relativamente alta. Cuando se experimentan dos períodos de consumo pico, por ejemplo, uno durante la madrugada y el otro durante la noche, con períodos fuera de pico entre medias, un período relativamente corto de, digamos, alrededor de dos horas está disponible para almacenar energía, con otro período relativamente corto de dos horas para recuperarla del aparato según esta descripción. Esto da como resultado una necesidad de usar más material por kilovatio hora que se ha de almacenar que cuando hay solamente un pico por día.

Una ventaja de un aparato según esta descripción es que se puede situar donde se consume la electricidad, en lugar de donde se produce, en vista de la manera relativamente libre de contaminación en la que se puede operar el aparato según esta descripción.

La utilización de energía térmica se puede lograr convirtiéndola en electricidad, usándola como tal o convirtiéndola en otra forma.

Existe una gama de tecnologías para la conversión de energía térmica en energía eléctrica. Éstas incluyen, por ejemplo, dinámica magnetohidráulica, ciclo de Rankine (orgánico o vapor), ciclo de Brayton, generación termoiónica y generación termofotovoltaica. Lo más común de estas tecnologías es la generación de electricidad usando una turbina accionada por vapor, que a su vez acciona un generador de energía en forma de alternador o excitador de dc. Con este propósito, se puede generar vapor evaporando agua en tubos que se pueden poner en contacto con un cuerpo de material en el que se ha almacenado calor según esta descripción. Con el fin de mejorar la eficiencia de los medios de recuperación asociados con el aparato de esta descripción, el vapor se puede sobrecalentar en tubos de sobrecalentador que también se pueden poner en contacto con un cuerpo de material de grafito que forma parte de un aparato según esta descripción. Los tubos de calentamiento y los tubos de sobrecalentamiento pueden ser los tubos continuos que se utilizan en un sistema de “generador de vapor de un solo paso”.

Esta descripción se extiende de este modo a una planta para la producción de electricidad, opcionalmente durante las horas pico, que comprende un aparato según esta descripción, y medios para evaporar un fluido de trabajo en tubos asociados con el aparato y adaptados para recuperar el calor almacenado en el aparato, opcionalmente durante periodos de consumo pico de electricidad.

El aparato también puede comprender una turbina o motor adaptado para ser accionado por el vapor generado en los medios de evaporación; y medios de generación de energía eléctrica adaptados para ser accionados por la turbina para generar energía eléctrica. Para una operación eficiente del aparato, la condición del fluido de trabajo se puede mantener sustancialmente constante.

Según un quinto aspecto de esta descripción, se proporciona un método para almacenar calor y generar energía eléctrica a partir de tal calor almacenado, incluyendo los pasos de almacenar energía térmica como se ha descrito anteriormente, recuperar tal energía térmica almacenada cuando se requiera y convertir dicha energía térmica recuperada en energía eléctrica.

El paso de recuperación puede incluir evaporar un fluido de trabajo de una fase líquida a una fase de vapor. También puede incluir el sobrecalentamiento de la fase de vapor.

El paso de conversión puede incluir los pasos de accionar una turbina usando la fase de vapor del fluido de trabajo y generar electricidad en un generador accionado por la turbina.

Según un sexto aspecto de esta descripción, se proporciona una planta de almacenamiento de calor y generación de energía eléctrica que comprende un aparato para almacenar energía térmica como se ha descrito anteriormente, medios para recuperar la energía térmica almacenada en la misma y medios para convertir dicha energía térmica recuperada en energía eléctrica.

Los medios para recuperar energía térmica del aparato para almacenar energía térmica pueden comprender un evaporador para evaporar un fluido de trabajo de una fase líquida a una fase de vapor.

Los medios para convertir dicha energía térmica recuperada en energía eléctrica pueden comprender una turbina accionada por la fase de vapor del fluido de trabajo, y un generador adaptado para generar electricidad.

Según un séptimo aspecto de esta descripción, se proporciona un método de almacenamiento de energía térmica en un cuerpo de grafito a una temperatura elevada, que comprende los pasos de calentar una región interna del cuerpo de grafito cuando se requiere almacenar la energía térmica y recuperar el calor por medio de un intercambiador de calor, cuando se requiere ser usado.

Según un octavo aspecto de esta descripción, se proporciona un aparato para almacenar energía térmica en un cuerpo de material de grafito a una temperatura elevada, que comprende medios para calentar una región interna del cuerpo de material de grafito y medios para recuperar calor de la misma, en donde los medios para calentar la región interna del cuerpo de material de grafito comprenden un resistor y medios para hacer pasar una corriente eléctrica a través del resistor para hacer subir su temperatura y los medios de recuperación comprenden un intercambiador de calor adaptado para contener un fluido de intercambio de calor.

Según un noveno aspecto de esta descripción, se proporciona una planta de almacenamiento de calor y generación de energía eléctrica que comprende un aparato para almacenar energía térmica como se ha descrito anteriormente. Según un décimo aspecto de esta descripción, se proporciona un aparato para almacenar calor como se ha descrito anteriormente, que comprende un primer bloque de grafito y al menos un bloque adicional de grafito en donde el primer bloque de grafito está aislado térmicamente del o de cada bloque adicional de grafito.

Según un undécimo aspecto de esta descripción, se proporciona un sistema de almacenamiento y recuperación de calor de temperatura compensada, que comprende

- un primer cuerpo de material de grafito sólido adaptado para almacenar energía térmica a una temperatura elevada;

- un primer intercambiador de calor en relación de intercambio de calor con el primer cuerpo de material de grafito sólido para recuperar energía térmica del mismo;

- un primer circuito de fluido de trabajo conectado operativamente al primer intercambiador de calor para conducir un fluido de trabajo desde una fuente del mismo a través del primer intercambiador de calor hasta un dispositivo donde se puede utilizar una parte de la energía térmica del fluido de trabajo;

- un segundo cuerpo de material de grafito sólido adaptado para almacenar energía térmica a una temperatura elevada;

- un segundo intercambiador de calor en relación de intercambio de calor con el segundo cuerpo de material de grafito sólido, por el cual un área de intercambio de calor combinada del primer y segundo intercambiadores de calor se puede aumentar para compensar una caída de temperatura en el primer y segundo cuerpos de grafito; - un segundo circuito de fluido de trabajo conectado operativamente al segundo intercambiador de calor para conducir el fluido de trabajo desde la fuente del mismo a través del segundo intercambiador de calor hasta el dispositivo donde se puede utilizar una parte de la energía térmica del fluido de trabajo, el segundo circuito de fluido de trabajo que comprende una válvula de control adaptada para ser abierta y cerrada; y

- un sistema de control adaptado para compensar una reducción en el calor recuperado del primer cuerpo de material de grafito sólido como resultado de una caída en la temperatura del mismo, haciendo que el fluido de trabajo o una gran cantidad del mismo sea admitido en el segundo intercambiador de calor a través del segundo circuito de fluido de trabajo que utiliza el área de intercambio de calor combinado aumentada para la transferencia de calor.

El sistema puede comprender opcionalmente uno o más cuerpos adicionales de material de grafito sólido, adaptado para almacenar energía térmica a una temperatura elevada, y también puede comprender uno o más intercambiadores de calor adicionales en relación de intercambio de calor con el cuerpo o cuerpos adicionales de material de grafito sólido, y uno o más circuitos de fluido de trabajo adicionales conectados operativamente a los intercambiadores de calor adicionales, para conducir el fluido de trabajo desde la fuente del mismo a través de uno o más de los intercambiadores de calor adicionales hasta el dispositivo donde se puede utilizar una parte de la energía térmica del fluido de trabajo, el o cada circuito de fluido de trabajo adicional que comprende una válvula de control adaptada para ser abierta y cerrada.

De este modo, el sistema puede comprender 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50 o más intercambiadores de calor y bloques de almacenamiento de calor adicionales o pares o conjuntos de bloques. Cada bloque de almacenamiento de calor o par o conjunto de bloques de almacenamiento de calor se puede asociar con un intercambiador de calor o par o conjunto de intercambiadores de calor correspondiente, para permitir que el sistema se haga como un sistema modular que se puede fabricar en forma unitaria para facilitar la construcción y/o extensión de un sistema según esta descripción.

El calor se puede recuperar en forma de calor latente y/o sensible transferido al fluido de trabajo. El calor transferido en forma de gas o vapor líquido se puede utilizar para accionar una turbina. El fluido de trabajo puede ser agua. Según un duodécimo aspecto de esta descripción, se proporciona un método de compensación para una disminución de la temperatura de un medio de almacenamiento de calor, cuando se recupera calor del mismo, que comprende

- almacenar calor a una temperatura elevada en un primer cuerpo de material de grafito sólido;

- recuperar energía térmica del primer cuerpo de material de grafito sólido calentando un primer fluido de trabajo en un primer intercambiador de calor en relación de intercambio de calor con el primer cuerpo de material de grafito sólido;

- conducir el primer fluido de trabajo, en un primer circuito de fluido de trabajo, a un dispositivo donde se puede utilizar una parte de la energía térmica del fluido de trabajo;

- almacenar calor a una temperatura elevada en un segundo cuerpo de material de grafito sólido;

- recuperar energía térmica del segundo cuerpo de material de grafito sólido calentando un primer fluido de trabajo en un segundo intercambiador de calor en relación de intercambio de calor con el segundo cuerpo de material de grafito sólido;

- conducir el segundo fluido de trabajo, en un segundo circuito de fluido de trabajo, a un dispositivo donde se puede utilizar una parte de la energía térmica de tal fluido de trabajo; y

- compensar una reducción en el calor recuperado del primer cuerpo de material de grafito sólido como resultado de una caída en la temperatura del mismo, haciendo que el fluido de trabajo o una cantidad mayor del mismo, se caliente en el segundo intercambiador de calor.

Los tubos del o de cada intercambiador de calor pueden estar en contacto directo con el cuerpo de material de grafito sólido, y se pueden disponer en una relación sustancialmente paralela sobre su superficie. Alternativamente, los tubos del o de cada intercambiador de calor se pueden sujetar entre dos bloques adyacentes.

En el caso de que el intercambiador de calor o cualquier parte del mismo, tal como los tubos, en esta y otras realizaciones de esta descripción, esté o estén hechos de acero, y en el caso de que el intercambiador o intercambiadores de calor estén en contacto directo con el grafito a alta temperatura, el acero puede ser carburado por moléculas de carbono que migran desde el grafito caliente a la superficie del acero caliente.

Para evitar la carburación del acero, se puede colocar un material conductor adecuado entre los tubos del intercambiador o intercambiadores de calor y el grafito.

Para temperaturas de hasta 800 o 900 °C, se pueden usar aleaciones de acero con alto contenido de níquel como material de construcción del intercambiador o intercambiadores de calor.

Para facilitar el montaje, así como para simplificar la inspección y el mantenimiento del intercambiador o intercambiadores de calor, uno cualquiera o más de los cuerpos de grafito sólido se pueden dotar con una cavidad, que se puede proporcionar en el bloque o que se puede formar entre las partes o segmentos de un inserto o subconjunto separable o extraíble, para permitir que uno o más intercambiadores de calor acomodados en la cavidad se retiren y sustituyan.

El método según esta descripción se puede usar para capturar y almacenar energía en forma de calor derivado de diversas fuentes. La energía de entrada al aparato de almacenamiento puede ser electricidad para elementos de calentamiento resistivos, energía solar en forma de haz o haces de luz concentrada o calor residual de un proceso industrial. En el caso de que la energía sea eléctrica, la entrada podría ser de energía conectada a la red, para aprovechar los diferenciales de precio a lo largo del período de suministro, o de fuentes renovables tales como aerogeneradores o generadores eléctricos alimentados por flujo de aire, células fotovoltaicas o generadores eléctricos de flujo undimotriz o mareomotriz.

La energía almacenada en el aparato de esta descripción se podría utilizar en diversas tecnologías que usan el calor como fuerza motriz. La más simple es usar el aparato de almacenamiento como caldera que produce vapor para diversos usos de procesos. Para generar electricidad, la energía térmica se puede usar para calentar un fluido de trabajo para accionar una turbina/generador o un motor/generador. El gas caliente se puede usar como la fuerza motriz para una turbina de gas o un generador de motor de combustión. Alternativamente, se podría usar la generación Magnetohidrodinámica (MHD), la generación de Emisiones Termoiónicas o el motor/generación Stirling. El aparato se puede usar como calentador previo para el combustible o aire de combustión para una turbina de gas o motor/generador de combustión interna. La opción de generación comercial más simple es usar el aparato de almacenamiento para generar vapor para accionar una turbina/generador o un motor/generador.

Fluido de trabajo

El fluido de trabajo puede ser agua que se puede evaporar para formar vapor. Como alternativa a agua/vapor, se puede usar una gama de otros fluidos de trabajo para transferir calor o alimentar una turbina o motor. El fluido de trabajo puede ser un gas, un líquido o un sólido a temperatura ambiente siempre que se funda y/o vaporice dentro del intervalo de temperatura de operación de almacenamiento térmico. Un fluido de trabajo líquido se puede seleccionar de un alcohol tal como metanol, etanol o isopropanol, un hidrocarburo tal como etileno o un metal tal como mercurio.

En el caso de que el fluido de trabajo sea un sólido a temperatura ambiente, puede ser una sal tal como nitrato de litio, un elemento no metálico tal como azufre o un elemento metálico tal como bismuto, estaño o antimonio.

Se puede seleccionar un fluido de trabajo específico por su capacidad calorífica, su punto de fusión o ebullición en relación con el intervalo de temperatura de operación de almacenamiento térmico o su falta de efectos corrosivos y de ensuciamiento sobre el material de intercambiador de calor. Cuando se usa agua con intercambiadores de calor de tubos o tuberías de acero inoxidable o con alto contenido de níquel, el agua es preferiblemente de alta pureza, típicamente con un nivel máximo de inclusión de extraños de 50 partes por mil millones.

Un fluido de trabajo gaseoso se puede seleccionar de amoniaco, nitrógeno, un gas inerte tal como helio o argón, dióxido de carbono o un gas hidrocarbonado tal como butano o pentano.

Aislamiento térmico para almacenamiento térmico

Se puede usar aislamiento para minimizar la pérdida de calor del cuerpo de material de grafito. La transferencia de calor ocurre a través de radiación, convección y conducción.

La transferencia de calor radiante se puede mejorar reflejando la energía térmica de vuelta hacia el núcleo. Capas de materiales reflectantes, tales como metales refractarios (por ejemplo, molibdeno), grafito, aceros inoxidables o cualquier otro material que operará a la temperatura requerida, se pueden utilizar como revestimiento reflectante. Es habitual, aunque no esencial, combinar estos aislamientos reflectantes con materiales porosos ligeros, tales como formas celulares, fibrosas o granulares empaquetadas sueltas de alúmina, carbono, sílice, circonio, aluminosilicato, diversos silicatos alcalinos, espinela o más típicamente una combinación de muchas de estas formas. Estos materiales de aislamiento pueden tener una forma rígida, tal como un tablero, bloque o ladrillo o una forma flexible, tal como una fibra suelta o como una manta. El aislamiento granular puede ser alúmina, sílice, aluminosilicato, silicato alcalino, alúmina, gránulos, vermiculita, perlita, cenosferas o cualquier otro gránulo poroso adecuado.

La conducción se puede superar o mejorar mediante una densidad aparente baja del aislamiento o colocando una serie de vacíos o espacios de aire o gas estancados. La transferencia por convección dentro de la capa de aislamiento se puede minimizar mediante aislamiento de celda cerrada.

Estos tres modos de transferencia de calor tienen que ser equilibrados para lograr el mejor diseño de aislamiento térmico para minimizar las pérdidas térmicas. La elección final de los materiales de aislamiento y el espesor del revestimiento depende de la temperatura requerida a ser contenida y de las pérdidas de calor que se puedan tolerar. La clasificación de temperatura de operación máxima para el aislamiento depende de las condiciones en las que están operando los materiales. La presencia de gases oxidantes o corrosivos reducirá la reflectividad de los aislamientos reflectantes y, por lo tanto, su efectividad. Los reflectores de grafito en un alto vacío pueden ser efectivos hasta alrededor de 3000 °C mientras que los refractarios de aluminosilicato de aislamiento típicamente fibrosos normalmente se limitarían a alrededor de 1400 °C. Los aislamientos fibrosos, espumados o granulares tienen todos inherentemente grandes áreas de superficie y, así, son propensos al ataque por agentes gaseosos. La alúmina fibrosa se puede usar hasta alrededor de 1600 °C y el carbón espumado se puede usar hasta alrededor de 3000 °C en ciertas aplicaciones. Estos materiales se pueden usar como la cara de alta temperatura de lo que normalmente es un revestimiento compuesto con materiales de menor refractariedad que forman las capas hasta la camisa, cámara o recinto exterior.

Metales para tubos o tuberías de intercambiadores de calor

El intercambiador de calor usado para extraer energía como calor del aparato de almacenamiento térmico puede comprender tubos o tuberías. Se puede usar cualquier forma de material metálico o no metálico siempre que el recipiente que contiene el fluido de trabajo pueda operar en el intervalo de temperatura de operación de fluido de trabajo y presión.

El intercambiador de calor puede ser metálico. El material a ser utilizado depende de las condiciones de operación incluyendo la presión y la temperatura del fluido de trabajo, el almacenamiento térmico circundante y la atmósfera. Las tuberías o tubos son preferiblemente de construcción sin discontinuidad. El metal o aleación de metal usado en la construcción y en el diseño del intercambiador de calor, preferiblemente es capaz de cumplir los requisitos de diseño y puede ser:

AS1210-1997: Recipientes a presión

AS4041-1998/Amdt 1-2001: Tuberías a presión

AS1228-1997/Amdt. 1-1998: Equipo a presión - Calderas

Código ASME para calderas y recipientes a presión - 2004

ASME B31.1-2001: Tuberías de energía

DIN En 13445-2002: Recipientes a presión sin combustión

según estándares enmendados o relevantes similares aplicables en el momento.

Al final de uso a la temperatura más baja; se podrían utilizar aceros inoxidables de la serie 300, incluyendo, pero no exclusivamente, 304 (UNS # S30400), 316 (UNS # S31600), 321 (UNS # S32100), 347 (UNS # S34700), 309 (UNS # S30900), 310 (UNS # S31000), sus derivados y aleaciones similares. Otros aceros inoxidables incluyen 153MA (UNS # S30415), 235MA (UNS # S30815) y 353MA (UNS # S35315), sus derivados y aleaciones similares.

(Las aleaciones 304, 321, 347 y 253MA son las más adecuadas para aplicaciones de vapor donde la temperatura máxima que experimentarían las tuberías sería de 500 °C, típicamente para temperaturas de operación de turbinas de vapor de < 400 °C).

A medida que aumenta la temperatura de operación, entonces el requisito de metal se mueve a aleaciones con alto contenido de níquel, tales como las series 600 y 800, incluyendo, pero no exclusivamente, 600 (UNS # N06600), 601 (UNS # N06601), 602CA (UNS # N06025), 625 (UNS # N06625), 690 (UNS # N06690), 800 (UNS # N08800), 825 (UNS # N08825), sus derivados y aleaciones similares. También hay una gama de otras aleaciones con alto contenido de níquel en la gama de aleaciones Hastelloy que incluyen N (UNS # 10003), X (UNS # 06002), así como aleaciones de Haynes especializadas tales como HR-120 (UNS # N08120), HR-160 (UNS # N12160), 230 (UNS # N06230), 556 (UNS # R30556); sus derivados y aleaciones similares.

Las aleaciones 600, 800H y Haynes 556 son las más adecuadas para aplicaciones de vapor donde la temperatura máxima de operación que experimentarían las tuberías es de 900 °C, para una temperatura de operación de turbina de vapor de alrededor de 500 °C. Las aleaciones enumeradas aquí están en orden de temperatura máxima de uso creciente.

Los siguientes códigos son adecuados para seleccionar un material de construcción para los tubos del intercambiador de calor: ASME B31.1-2001: Código de tuberías de energía y Código ASME para calderas y recipientes a presión - 2004.

La temperatura máxima permisible en los tubos de caldera también es dependiente de la presión que experimentarían. Típicamente para cualquier aleación dada, a medida que aumenta la presión de operación para el fluido contenido, la temperatura máxima de uso disminuye. Las tablas que perfilan estos cambios están contenidas dentro de ASME B31.1-2001: Tuberías de energía o estándares equivalentes relevantes.

Filosofía de control

Atmósfera

El cuerpo de grafito se puede situar en una cámara o recinto. Una atmósfera protectora se usa en la cámara o recinto de modo que el grafito esté protegido de la oxidación. Esto se puede lograr manteniendo un vacío parcial y/o usando un gas no combustible tal como nitrógeno o uno de los gases inertes tales como helio o argón.

Se debería mantener un gas de baja presión positiva en el interior de la cámara o recinto, dentro de los límites deseados. La presión puede tener un punto de ajuste de alrededor de 2 barA hasta un nivel de milibares. La presión se puede mantener en un intervalo de o -50 % _ del valor del punto de ajuste, pero preferiblemente hasta o -1 % o menos. El aumento gradual del control de la presión se logra típicamente usando un controlador de PID (control de realimentación proporcional-integral-derivativo).

La atmósfera en la cámara o recinto puede ser un gas no combustible tal como nitrógeno o uno de los gases inertes tales como helio o argón, dependiendo de la presión particular que se ha de mantener. A medida que se reduce la presión requerida, necesita ser aumentada la resistencia estructural de la cámara o el recinto.

En un ejemplo, se puede usar una presión de operación de 5 a 15 milibares. Si la presión se reduce a alrededor de 1 milibar, la descarga de corona llega a ser un problema alrededor de las conexiones eléctricas. No obstante, si la presión de operación se deja caer aún más, a alrededor de 900 microbares, se pueden evitar la descarga de corona. Cuando la presión se aumenta por encima de la presión atmosférica, también necesita ser aumentada la resistencia estructural de la cámara o del recinto. Para minimizar el requisito de resistencia estructural para la cámara o el recinto de almacenamiento térmico, la presión de operación se puede mantener justo por encima de la presión atmosférica. La atmósfera es preferiblemente de naturaleza no combustible o inerte y se mantiene preferiblemente a una presión justo por encima de la presión atmosférica de modo que se pueda minimizar o evitar la entrada de oxígeno.

Durante la operación, la presión en la cámara o recinto varía debido a la expansión y contracción de la atmósfera contenida. El control de presión se logra monitorizando la presión dentro de la camisa, cámara o recinto y abriendo una válvula de escape cuando la presión alcanza un punto de ajuste máximo específico o abriendo la válvula de suministro de gas de la atmósfera a la cámara o al recinto cuando la presión cae al punto de ajuste de presión mínimo.

La presión se mantiene típicamente entre 200 PaG y 400 PaG.

Sistema de calentamiento y almacenamiento térmico

El bloque de grafito se calienta preferiblemente en su centro, preferiblemente con una o más capas de grafito alrededor del centro y dos o más (capas de) bloques de módulo de intercambiador de calor alrededor del centro. Las capas se pueden intercalar con aislamiento. El tipo y grosor de las capas intercaladas de aislamiento entre las capas del bloque de almacenamiento y de intercambiador de calor dependen de la temperatura del almacenamiento térmico, la tasa de extracción de energía térmica y el perfil de temperatura requerido.

El aparato se opera de modo que se aplique potencia a los elementos de calentamiento hasta que se alcance una temperatura de operación deseada. Una vez que se alcanza esta temperatura, la potencia de los elementos se apaga y no se enciende de nuevo hasta que la temperatura caiga a un punto de ajuste mínimo. El aumento gradual de las tasas de aplicación de potencia se logra típicamente usando un controlador de PID (control de realimentación proporcional-integral-derivativa).

La temperatura máxima de almacenamiento se dicta por la temperatura a la que el intercambiador de calor metálico se puede operar de manera segura. Se puede proporcionar un termopar para medir la temperatura. Se puede situar adyacente al intercambiador de calor para asegurar que no se exceda la temperatura máxima de operación.

El centro del bloque de grafito, donde están los elementos de calentamiento, se puede calentar a una temperatura máxima cuando se está extrayendo energía del bloque, en la medida que se puede aprovechar el gradiente de temperatura, que surge a través de las capas aisladas de los bloques de almacenamiento y de intercambiador de calor entre los elementos de calentamiento y el intercambiador de calor.

Bloque de almacenamiento y de intercambiador de calor

Los materiales a ser usados para el intercambiador de calor dependerán del fluido de trabajo, la presión de operación del fluido y temperatura del fluido. Un fluido de trabajo típico es agua/vapor, aunque ésta no debería considerar como la única opción. El uso de gases o fluidos de trabajo orgánicos para accionar una turbina de ciclo cerrado también se prevé por esta descripción.

Típicamente, el fluido de trabajo para un aparato de almacenamiento térmico conectado a una turbina de vapor es agua/vapor a presiones de 10 a 100 bares. Este vapor se produce a partir del intercambiador de calor incrustado en una parte del aparato de almacenamiento térmico que está a una temperatura de hasta 900 °C. El requisito habitual para el vapor de proceso es típicamente, pero no exclusivamente, vapor saturado a 6 a 10 bares. El intercambiador de calor usado para recuperar energía del almacenamiento térmico es típicamente un sistema de tipo de generación de vapor de un solo paso (OTSG) metálico, donde el número de tubos del intercambiador de calor puestos en uso se puede variar para cumplir con la salida requerida. A medida que la temperatura disminuye en una sección del bloque, se puede usar otra sección del bloque para generar vapor sobrecalentado y el área agotada puede actuar como calentador previo para la sección de sobrecalentamiento. Este tipo de caldera se puede describir como un OTSG por etapas, con una primera etapa para el calentamiento por subsaturación y una segunda etapa para la elaboración de vapor a temperaturas sobrecalentadas. No se puede proporcionar ningún tambor de vapor entre estas dos etapas. Siguiendo esta práctica, se puede maximizar la cantidad de energía que se puede extraer del almacenamiento.

Se pueden proporcionar dos o más bloques de almacenamiento y dos o más bloques de intercambiador de calor. Cualquiera puede tener suficiente longitud de intercambiador de calor para hacer funcionar el STG. Cuando sea posible, el vapor extraído del flujo de vapor de turbina se puede usar para precalentar el agua de alimentación a temperaturas que se aproximan a la temperatura de saturación para la presión de operación particular. En operación, al menos uno de los bloques necesita estar a la temperatura más alta posible, así que al menos un bloque siempre se mantendría más caliente, en lugar de calentarlos ambos a la misma temperatura.

La temperatura del bloque dictará cuántos tubos de intercambiador de calor se pueden poner en operación para calentamiento de agua subsaturada o producción de vapor. El número de tubos en operación en cualquier momento es dependiente del rendimiento requerido y del diferencial de temperatura entre el grafito y el fluido de trabajo. El número de tubos o tuberías utilizados puede variar 5 o 20 veces o más en el intervalo de temperatura de operación. Se puede utilizar un número mínimo de tubos o tuberías cuando el diferencial de temperatura es mayor, pero a medida que este diferencial disminuye, el área de intercambio de calor necesitaría aumentar.

Como los dos bloques están a diferentes temperaturas, se pueden operar a diferentes presiones. El bloque de presión más alta y temperatura más baja se puede conectar al bloque de temperatura más alta a través de una válvula de reducción de presión. La válvula de reducción de presión, con la presión de ajuste controlada por los requisitos del STG, puede controlar la presión en el segundo bloque de temperatura más alta.

Las siguientes son unas pocas opciones de diseño en cuanto a cómo se podría operar el aparato de almacenamiento de calor:

Opción 1

Un bloque se podría usar habitualmente como bloque más frío para precalentar el agua para un bloque más caliente. De esta forma, se podría maximizar la extracción de energía. Esto, estrictamente hablando, rompe el principio de operación de OSTG, pero es la opción más simple así como que es la opción de control más directa.

Opción 2

Otra opción es tener un núcleo central en el almacenamiento elevado a una temperatura alta, típicamente alrededor de 1000 °C. El núcleo puede tener un aislamiento que lo separe de las capas o bloques externos que contienen intercambiadores de calor. Como puede haber al menos una reducción mínima de energía del aparato, se espera que la temperatura en la sección del intercambiador de calor se autorregule. También puede haber una segunda capa alrededor de la capa interna del intercambiador de calor que se puede operar a una temperatura más baja. Primero se extraerá calor del intercambiador de calor externo hasta que el bloque sea incapaz de producir vapor de calidad suficiente.

El intercambiador de calor externo se puede usar entonces para precalentar agua para el intercambiador de calor interno. El otro de los bloques de almacenamiento se puede usar alternativamente como calentador previo para la temperatura más alta. Una ventaja de este diseño es que la superficie del bloque cerca del borde externo del almacenamiento puede estar a una temperatura más baja y, por lo tanto, la temperatura del forro de la cámara o del recinto será más baja, reduciendo así las pérdidas térmicas.

Atemperación y calidad de vapor

El caudal de masa se mantiene monitorizando el caudal del agua de alimentación y la temperatura en la línea de agua de alimentación. Se puede usar una bomba de agua de alimentación tanto para el agua de alimentación para la caldera de almacenamiento térmico como para el agua del limitador de sobrecalentamiento. El caudal total se puede establecer por la válvula de control de agua de alimentación, mientras que la válvula de control del limitador de sobrecalentamiento puede controlar la proporción de esta agua de alimentación que se usa por el limitador de sobrecalentamiento. Esto significa que el vapor de calidad variable del almacenamiento térmico se puede suministrar en una cantidad y calidad constantes a los requisitos del proceso o al motor o a la turbina.

La demanda de masa de vapor requerida para el proceso, motor o turbina se determina y luego este ajuste se mantiene en la bomba de agua de alimentación. La proporción de esta agua que va al atemperador se determina por la temperatura del vapor que sale del intercambiador de calor. El caudal del limitador de sobrecalentamiento aumenta cuando la temperatura del vapor del almacenamiento térmico aumenta. La cantidad de vapor producida por el intercambiador de calor puede variar dependiendo de cuántas tuberías del intercambiador de calor están operando la temperatura del bloque de almacenamiento.

Producción de vapor

El bloque de almacenamiento se puede usar para la producción de vapor. El vapor producido por el intercambiador de calor variará dependiendo de cuánta área del intercambiador de calor se utiliza y la temperatura del bloque de almacenamiento. Después de salir del intercambiador de calor, el vapor se atempera, típicamente casi saturado, a las condiciones de vapor requeridas.

Operación de turbina de vapor

Típicamente, una turbina de vapor de alta eficiencia opera a alrededor de 500 °C y alrededor de 60 bares de presión. La temperatura de vapor requerida por la turbina de vapor se puede mantener mediante la atemperación del vapor que sale del aparato de almacenamiento térmico antes de que alcance la turbina de vapor.

Breve descripción de los dibujos

Las formas preferidas de la presente invención se describirán ahora a modo de ejemplo con referencia a los dibujos que se acompañan en donde:

la Figura 1 es una representación esquemática de una realización de un aparato para almacenar energía térmica;

la Figura 2 es una representación esquemática de un conjunto de bloques de almacenamiento térmico, que no es parte de la presente invención;

la Figura 3(a) es un diagrama de flujo esquemático que muestra una realización de una planta de generación de energía eléctrica;

la Figura 3(b) muestra un diseño típico de los tubos de calderas y sobrecalentadores que forman parte del aparato de la Figura 3(a);

la Figura 4 es un diagrama de flujo esquemático que muestra una planta de almacenamiento de calor y de generación de energía eléctrica;

la Figura 5 es un diagrama de flujo esquemático que muestra una planta de almacenamiento de calor y de generación de energía eléctrica;

la Figura 6 es un diagrama de flujo esquemático que muestra una vista despiezada de un sistema de recuperación y almacenamiento de calor con temperatura compensada;

la Figura 7 es una representación gráfica de la cantidad de energía que se puede almacenar en una tonelada de grafito a temperatura creciente;

la Figura 8 es una representación esquemática de una realización adicional de un aparato de almacenamiento de calor.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

Con referencia a la Figura 1, se muestra una realización de un aparato 10 para almacenar energía térmica. El aparato 10 comprende un cuerpo 12 de grafito de alta pureza que contiene menos del 0,5 % en peso de impurezas. El aparato 10 comprende además medios 14 para transferir calor al cuerpo 12, los medios 14 que comprenden un electrodo 16 y un resistor 18. El resistor 18 está situado en el interior del taladro o pozo 20 que se extiende desde la superficie superior de 12.1 del cuerpo 12, hasta un punto 12.2 dentro del cuerpo 12 que es remoto de la superficie del mismo.

Un tubo de cerámica 22 encaja en el taladro o pozo 20. No obstante, su diámetro es más pequeño que el del taladro o pozo 20, dejando un espacio anular 20.1 entre la superficie externa del tubo 22 y la superficie interna del taladro o pozo 20.

El electrodo 16 comprende una parte de vástago 16.1 y una parte de base 16.2. La parte de base 16.2 está incrustada en el interior de una mezcla de grafito granular o carbono y con o sin gránulos cerámicos que constituyen el resistor 18. El aislamiento térmico 24 cubre el espacio entre una superficie superior 16.21 de la parte de base 16.2 y la superficie 12.1 del cuerpo 12. Se puede proporcionar un aislamiento térmico adicional (no mostrado) en la superficie superior 12.1 del cuerpo 12, con el fin de evitar la pérdida de calor del cuerpo 12 al entorno.

El aparato 10 también comprende medios 26 para eliminar o extraer calor del cuerpo 12, los medios 26 que están situados parcialmente en el interior del pozo 20, en el espacio anular 20.1. Los medios 26 tienen la forma de un tubo 26.1 conformado en forma de una bobina helicoidal 26.2.

En uso, la energía eléctrica se conduce al aparato 10 a través de la parte de vástago 16.1 del electrodo 16. La electricidad se transfiere desde el parte de base 16.2 a la mezcla de grafito granular o carbono y con o sin gránulos cerámicos que constituyen el resistor 18. En virtud de la resistencia del resistor 18, se genera calor cuando la electricidad fluye a través del resistor 18. El calor se conduce lejos del resistor por el cuerpo de grafito de alta pureza 12.

Cuando se requiere extraer calor del aparato 10, el agua se hace pasar a través del tubo 26.1. Siempre que la temperatura del cuerpo de material de grafito de alta pureza 12 sea más alta que la del fluido que pasa a través del tubo 26.1, fluirá calor desde el cuerpo de grafito 12 al fluido. El fluido puede ser agua y se puede convertir en vapor que puede ser vapor sobrecalentado, cuando pasa a través del tubo 26.1.

Con referencia a la Figura 2, se muestra otra realización, que no es parte de la presente invención, de un aparato en forma de un conjunto de bloques de almacenamiento térmico 210. El conjunto de bloques de almacenamiento térmico 210 comprende una carcasa de acero externa en forma de caja 212 que tiene un lado izquierdo 212.1, un lado derecho 212.2, una parte inferior 212.3 y lados delantero y trasero (no mostrados). Una tapa 212.4 cubre la parte superior. La parte inferior 212.3 está soportada por un par de vigas 212.5 de modo que el aparato 210 se pueda transportar fácilmente por medio de una carretilla elevadora.

En el interior de la carcasa de acero externa 212, se proporcionan cinco soportes cerámicos 214.1, 214.2, 214.3, 214.4, 214.5 para soportar un bloque de almacenamiento térmico, que es un bloque sólido o cuerpo de grafito cristalino de alta pureza 216 para almacenar energía térmica. El bloque de almacenamiento térmico 216 es generalmente de sección transversal rectangular. El bloque de almacenamiento térmico 216 se separa de los soportes cerámicos 214.1,214.2, 214.3, 214.5 por medio de cuatro baldosas de aislamiento cerámicas 218.1, 218.2, 218.3, 218.4 colocadas sobre las superficies superiores de los soportes cerámicos 214.1 a 214.5. Por el bien de la comodidad y facilidad de fabricación, el bloque de almacenamiento térmico 216 puede estar compuesto por bloques de almacenamiento térmico más pequeños (no mostrados), terminados con tolerancias estrechas de modo que se puedan mantener en contacto lo suficientemente estrecho, cuando se apilan juntos, para distribuir rápidamente cualquier energía térmica introducida o a ser eliminada del bloque de almacenamiento térmico 216.

Cuando está en uso, la carcasa de acero externa 212 y su contenido se pueden someter a una presión interna leve positiva por medio de un gas inerte admitido en el interior de la carcasa de acero externa 212.

El material de aislamiento térmico 220 se proporciona en capas empaquetadas entre las superficies externas del bloque de almacenamiento térmico 216 y los lados 212.1, 212.2, la parte inferior 212.3 y la tapa 212.4 de la carcasa de acero 212, para prevenir o al menos reducir la cantidad de energía térmica perdida al entorno. El aislamiento térmico 220 se proporciona en capas de un material adecuado que pueda resistir temperaturas hasta la temperatura de operación del aparato. En el intervalo de 1300 °C, se puede utilizar material tal como “Kaowool” o “Fiberfrax”. Por encima de 1300 °C, en la zona de temperatura más alta cercana al medio de almacenamiento de grafito, se pueden usar otros materiales de aislamiento a base de grafito u óxido, fieltros a base de nitruro o carburo para temperaturas de hasta 3000 °C. Se puede usar una combinación de estos materiales de manera que la temperatura de interfaz entre las capas se haga coincidir con sus temperaturas de operación máximas diseñadas.

El bloque de almacenamiento térmico 216 se puede calentar, cuando se requiera, por medio de cuatro resistores 222, 224, 226 y 228.

Cada uno de los resistores 222, 224, 226, 228 está hecho de una composición de carbono granular de alta pureza, compactada en un agujero proporcionado en el bloque de almacenamiento térmico 216, que se extiende desde su superficie superior hasta su superficie inferior. En la parte inferior del bloque de almacenamiento térmico 216, se proporcionan dos conectores eléctricos 230, 232 para interconectar los resistores 222, 224 y 226, 228 respectivamente. Los conectores eléctricos 230, 232 están hechos de un grafito conductor adecuado que puede resistir temperaturas de hasta 3000 °C. Los conectores eléctricos 230, 232 están en contacto eléctrico con los extremos inferiores de los resistores 222, 224 y 226, 228 respectivamente. El material que contiene carbono se compacta en los taladros del bloque de almacenamiento térmico 216 para formar los resistores 222, 224, 226, 228, la superficie superior de cada uno de los cuales está cubierta, respectivamente, por un terminal 234, 236, 238, 240 que descansa sobre la superficie superior respectiva. Cada terminal 234, 236, 238 y 240 comprende una parte de base 234.1, 236.1, 238.1, 240.1 y una varilla terminal central 234.2, 236.2, 238.2, 240.2 conectada al centro de la parte de base 234.1 hasta 240.1, respectiva, y que se extiende verticalmente en el aislamiento 220 proporcionado entre la superficie superior del bloque de almacenamiento térmico 216 y la tapa 212.4. Los conductores eléctricos 242, 244 y 246, 248 están conectados, respectivamente, a las varillas terminales centrales 234.2, 236.2, 238.2, 240.2 de los terminales 234, 236 y 238, 240. Debido a que las varillas terminales centrales 234.2, 236.2, 238.2, 240.2 se extienden hacia el aislamiento 220, sus extremos distales, en uso, están operando a temperaturas más bajas que sus partes de base 234.1, 236.1,238.1, 240.1, respectivas.

La parte inferior del bloque de almacenamiento térmico 216 está aislada eléctricamente de los conectores eléctricos 230, 232 por medio de una almohadilla de aislamiento eléctrica 250. La almohadilla de aislamiento 250 está dotada con cuatro agujeros, cada uno de los cuales se corresponde con los extremos inferiores de uno de los resistores 222, 224, 226 y 228, de modo que los resistores 222, 224, 226 y 228 pueden hacer contacto eléctrico con los conectores 230, 232 como se ha descrito anteriormente.

Un conjunto de intercambiador de calor extraíble 252 se proporciona centralmente en el bloque de almacenamiento térmico 216 con propósitos de eliminación de energía térmica del bloque de almacenamiento térmico 216, cuando se requiera hacerlo así. El conjunto desmontable 252 comprende dos segmentos de bloque de grafito 254, 256 que juntos definen una cavidad 258 entre ellos para acomodar un intercambiador de calor tubular (no mostrado) del cual los tubos están en contacto íntimo con las superficies internas de la cavidad 258 durante la operación.

Los intercambiadores de calor se fabrican a partir de tubos de aleación con alto contenido de níquel que pueden operar a temperaturas por encima de 650 °C y hasta 900 °C.

Para montar el aparato 210, el aislamiento térmico 220 se empaqueta en la carcasa de acero externa de uno de sus lados, digamos, el lado 212.1, seguido por la inserción de los soportes cerámicos 214.1 hasta 214.5. También se proporciona aislamiento térmico entre los soportes cerámicos 214.1 hasta 214.5 adyacentes. Esto es seguido por la introducción de los aislantes eléctricos 218.1 hasta 218.4, los conectores eléctricos 230, 232 y la almohadilla de aislamiento eléctrico 250. A partir de entonces, los bloques componentes del bloque de almacenamiento térmico 216 se colocan en la carcasa 212 y los resistores 222, 224, 226 y 228 se preparan introduciendo y compactando el material carbonoso granular en los agujeros proporcionados en los bloques de material de grafito. Esto es seguido colocando los terminales 234, 236, 238 y 240 en las superficies superiores de los resistores 222, 224, 226 y 228. Los conductores 242, 244, 246 y 248 se conectan a los extremos distales de las varillas terminales centrales 234.2, 236.2, 238.2, 240.2. Los extremos libres de los conductores 242, 244, 246 y 248 se conectan a un suministro de electricidad. Finalmente, para proporcionar presión para mantener juntas las partes constituyentes del bloque de almacenamiento térmico 216, las capas finales del aislamiento 220 se insertan en la carcasa de acero externa 212 entre el bloque de almacenamiento térmico 216 y el lado 212.2.

Con el fin de evitar la oxidación del bloque de almacenamiento térmico 216, un gas inerte tal como nitrógeno, argón o helio, se introduce entonces en la carcasa 212, para purgar cualquier aire que pueda haber quedado en él y evitar la entrada de aire cuando el grafito y otros materiales carbonosos están calientes durante la operación del aparato 210.

Se ha encontrado que, cuando se logra un buen contacto térmico entre los segmentos del bloque de almacenamiento 254, 256 y el intercambiador de calor tubular 260, es alcanzable un coeficiente de transferencia de calor total mayor que 1000 W/m2°K. Esto se compara muy favorablemente con un coeficiente de transferencia de calor total de alrededor de 60 W/m2°K que es alcanzable en una caldera de vapor de combustión convencional en donde el calor se transfiere al agua o vapor en el interior de la caldera o tubos de vapor por medio de transferencia de calor por convección de los gases de combustión calientes resultantes de la combustión de un combustible. El coeficiente de transferencia de calor total en tales calderas está limitado por una película de gas que se forma alrededor de los tubos de la caldera, en su lado de gas caliente (productos de combustión), y que inhibe la transferencia de energía térmica al tubo.

Debido a su coeficiente de transferencia de calor mucho más alto, el intercambiador de calor 260 que forma parte del aparato 210 puede ser mucho más pequeño de lo que se requiere en una caldera o sobrecalentadores convencionales.

El conjunto extraíble 252 ofrece la ventaja de que, cuando se tiene cuidado de asegurar que las tolerancias dimensionales sean pequeñas, se puede lograr un contacto íntimo entre los segmentos de bloque 254, 256 y los tubos del intercambiador de calor tubular, por una parte, y entre los segmentos de bloque 254, 256 y el bloque de almacenamiento térmico 216, por otra parte, fomentando de este modo la transferencia de calor. La capacidad de extracción del conjunto de intercambiador de calor extraíble 252 facilita la inspección y el mantenimiento del intercambiador de calor 260.

Aunque en la Figura 2 solamente se muestra un conjunto de intercambiador de calor extraíble 252, se pueden proporcionar varios de tales conjuntos de intercambiador de calor extraíble, en diversas posiciones distribuidas por todo el bloque de almacenamiento térmico 216, para facilitar la recuperación de la energía térmica del bloque de almacenamiento térmico 216 cuando se requiera hacerlo así. De manera similar, aunque solamente se muestran cuatro resistores 222, 224, 226 y 228, se puede proporcionar cualquier número de resistores para facilitar la entrada en el bloque de almacenamiento térmico 216 de la energía térmica que se requiere sea almacenada en el mismo. El número y distribución de resistores e intercambiadores de calor dependerán de la aplicación y las propiedades físicas, tales como conductividad y capacidad calorífica, del material de grafito a ser usado en una aplicación específica. Estos se pueden determinar por un experto en la técnica mediante experimentación y ensayo razonables. En uso, la energía eléctrica se convierte en energía térmica mediante los resistores 222, 224, 226 y 228, y se almacenan en el aparato 210 en forma de energía térmica. Esto se hace conduciendo la electricidad a través de los conductores 242 y 246 hasta los terminales 234 y 238, que, a su vez, conducen la electricidad hasta los resistores 222 y 226. Debido a que los extremos inferiores de los resistores 222, 224 y 238, 240 se interconectan respectivamente por medio de los conductores eléctricos 230, 232, una corriente eléctrica que entra en el resistor 222 a través del conductor 242, se conduce a través del conector eléctrico 230 al resistor 224 y fuera del aparato 210 a través del terminal 236 y del conductor 244. De manera similar, una corriente eléctrica que entra en el aparato 210 a través del conductor 246 se conduce a través del terminal 238 al resistor 226, y desde allí a través del conector eléctrico 232 al resistor 228 y fuera del aparato a través del terminal 240 y del conductor 248. Cuando se usa corriente dc, la dirección de flujo de la corriente podría ser opuesta a lo que se ha descrito anteriormente. Cuando se usa corriente ac, la dirección del flujo de la corriente alternará.

En virtud de la resistencia de los resistores 232, 224, 226 y 228, se genera calor 10 cuando fluye una corriente a través del resistor. Este calor se disipa por todo el bloque de almacenamiento térmico de grafito 216, donde se almacena hasta que se requiera.

Cuando se requiere retirar energía térmica del aparato 210, se hace circular un fluido, tal como agua, a través del intercambiador de calor 260. Esto hace que el calor se transfiera al agua pasada a través del intercambiador de calor 260 siempre que la temperatura del bloque de almacenamiento térmico de grafito 216 sea más alta que la del agua que pasa a través del intercambiador de calor 260. El agua se puede evaporar para formar vapor, que preferiblemente se calienta más para formar vapor sobrecalentado, que se puede usar para accionar una turbina o un motor para generar energía eléctrica.

Con referencia a la Figura 3(a), una planta de generación de energía 28 comprende una turbina de vapor 30 que acciona un generador 32 capaz de generar energía eléctrica. Por medio de una línea 34, se alimenta vapor sobrecalentado a la turbina de vapor 30. El vapor sobrecalentado se genera en un banco de tubos de sobrecalentamiento 35 dispuestos uno al lado del otro en las superficies de un bloque de grafito en forma de cubo 36 que forma parte de un aparato en según una realización de esta descripción, en el que se almacena el calor obtenido de la resistencia que se calienta usando electricidad extraída de la red de suministro de electricidad de la red durante las horas fuera de pico. Aunque el suministro de electricidad de la red se ha mencionado en esta realización de esta descripción, se ha de entender que la fuente de electricidad puede variar como se ha descrito anteriormente, y puede incluir electricidad recuperada de fuentes de energía renovables tales como energía eólica, hidráulica y undimotriz, de las cuales la disponibilidad durante algunos períodos excede la demanda para las mismas, y de las cuales la demanda durante otros periodos excede la disponibilidad de las mismas.

El bloque de grafito 36 está situado en el interior de una carcasa de acero 38. Se proporciona un bloque de grafito 40 adicional para producir vapor saturado de una forma similar a la manera en que el vapor se sobrecalienta por el bloque 36. El bloque de grafito 40 se sitúa en el interior de una carcasa de acero 42. Se proporciona un aislamiento 44 entre la carcasa 42 y el bloque 40 y entre la carcasa 38 y el bloque 36. Los tubos de caldera 46 están dispuestos unos al lado de otros a lo largo de las superficies del bloque 40.

La Figura 3(b) muestra cómo los tubos de caldera 46 de la Figura 3(a) están dispuestos unos al lado de otros y soldados longitudinalmente a la superficie externa de una placa de transferencia 48 hecha de una aleación adecuada. La superficie interna de la placa de transferencia 48 está recubierta de plasma con un material adecuado con el fin de evitar la migración de carbono a la aleación, donde se usan aleaciones de menor calidad. La carburación tiene el efecto de reducir las propiedades mecánicas de la aleación.

Con el fin de controlar la temperatura, la presión y el grado de sobrecalentamiento del vapor alimentado a la turbina 30, se proporciona una unidad de mezcla/regulación de vapor 50, de modo que el vapor sobrecalentado descargado desde la carcasa 38 a través de una línea 52 se pueda mezclar, si es necesario, con vapor saturado descargado desde la carcasa 42 a través de una línea de vapor saturado 54. Las válvulas de control 56, 58 y 60 se proporcionan en las líneas como se muestra, con el fin de controlar las condiciones de operación del vapor suministrado a la turbina 30.

El vapor de escape se puede extraer de la turbina de vapor 30 en uno cualquiera o más puntos de extracción 70, 72, 74, 76, y se usa para precalentar el agua de alimentación antes de ser condensada para formar condensado que se recircula para su reutilización. El condensado se devuelve a un tanque de agua de alimentación de caldera 80. En operación, la planta de generación de energía eléctrica 28 se opera de manera que, durante los períodos de consumo de electricidad fuera de pico, la energía eléctrica se convierta en calor por medio de resistores {no mostrados en la Figura 3(a)} incrustados en los bloques de grafito 36, 40. Durante los períodos pico, el calor almacenado en el bloque 40 se utiliza para evaporar agua en los tubos de caldera 46 dispuestos en las superficies exteriores del bloque 40, después de lo cual se forma vapor saturado, que se separa del agua en un tambor de vapor 55. El vapor saturado se alimenta por medio de la línea 54, a través de la válvula de control 58, a los tubos de sobrecalentamiento 35 dispuestos en las superficies exteriores del bloque de grafito 36. Después del sobrecalentamiento, el vapor se descarga a través de la válvula de control 56 proporcionada en la línea de vapor sobrecalentado 52. Como se ha descrito anteriormente, el vapor sobrecalentado pasa a través de la unidad de mezcla y regulación de vapor 50 antes de ser alimentado a la turbina de vapor 30 por medio de la línea de vapor sobrecalentado 34. Con el fin de controlar el grado de sobrecalentamiento del vapor sobrecalentado, el vapor sobrecalentado producido en los tubos de sobrecalentamiento 35 se puede sobrecalentar más de lo requerido y el grado de sobrecalentamiento del vapor alimentado a la turbina 30 se regula entonces en la unidad de mezcla y regulación de vapor 50, admitiendo vapor saturado desde el tambor de vapor 55 a la unidad de mezcla y regulación de vapor 50, operando la válvula de control 60, haciendo que el vapor saturado fluya a la unidad 50 a través de la línea 61.

La Figura 4 muestra una realización de una planta de almacenamiento de calor y generación de energía 428. La planta 428 comprende una turbina de vapor 430 que acciona un generador 432. Por medio de una línea 434, se alimenta vapor sobrecalentado a la turbina de vapor 430. El vapor sobrecalentado se genera en 18 bancos de tubos metálicos 435.1, 435.2, 435.3, 435.4, 435.5, 435.6, 435.7, 435.8, 435.9, 435.10, 435.11, 435.12, 435.13, 435.14, 435.15, 435.16, 435.17, 435.18 situados en el interior de una matriz de bloques de grafito de alta pureza 436.1, 436.2, 436.3, 436.4, 436.5, 436.6, 436.7, 436.8, 436.9, 436.10, 436.11, 436.12, 436.13, 436.14, 436.15, 436.16, 436.17, 436.18, 436.19, con cada uno de los bancos de tubos metálicos 435.1, 435.2, 435.3, 435.4, 435.5, 435.6, 435.7, 435.8, 435.9, 435.10, 435.11, 435.12, 435.13, 435.14, 435.15, 435.16, 435.17, 435.18 respectivamente que se intercalan entre dos bloques de grafito adyacentes.

Los bloques de grafito 436.1, 436.2, 436.3, 436.4, 436.5, 436.6, 436.7, 436.8, 436.9, 436.10, 436.11, 436.12, 436.13, 436.14, 436.15, 436.16, 436.17, 436.18, 436.19 están situados en el interior y encerrados por una carcasa de acero 438.

Un sistema de aislamiento 439, que comprende convenientemente un gas inerte para evitar la oxidación de los bloques de grafito, se proporciona entre la carcasa de acero dulce 438 y los bloques de grafito 436.1, 436.2, 436.3, 436.4, 436.5, 436.6, 436.7, 436.8, 436.9, 436.10, 436.11, 436.12, 436.13, 436.14, 436.15, 436.16, 436.17, 436.18, 436.19.

La energía eléctrica se convierte en energía térmica por medio del calentamiento de resistencia de una serie de 19 resistores 418.1, 418.2, 418.3, 418.4, 418.5, 418.6, 418.7, 418.8, 418.9, 418.10, 418.11, 418.12, 418.13, 418.14, 418.15, 418.16, 418.17, 418.18, 418.19, cada uno de los cuales está incrustado en un bloque de grafito 436.1, 436.2, 436.3, 436.4, 436.5, 436.6, 436.7, 436.8, 436.9, 436.10, 436.11, 436.12, 436.13, 436.14, 436.15, 436.16, 436.17, 436.18, 436.19 correspondiente como se describe en relación con las Figuras 1 y 2.

La energía eléctrica se conduce a los resistores 418.1, 418.2, 418.3, 418.4, 418.5, 418.6, 418.7, 418.8, 418.9, 418.10, 418.11, 418.12, 418.13, 418.14, 418.15, 418.16, 418.17, 418.18, 418.19 a través de una línea de alimentación eléctrica de baja tensión 4390, conectada operativamente a un transformador 441 que se alimenta desde una red de suministro 443. El transformador 441 también se puede alimentar desde un generador 445 accionado por un molino de viento 447.

La energía eléctrica generada por el generador 432 se alimenta a la red 443 a través de un transformador 433. El agua de alimentación de caldera o el condensado se suministra a los tubos metálicos 435.1, 435.2, 435.3, 435.4, 435.5, 435.6, 435.7, 435.8, 435.9, 435.10, 435.11, 435.12, 435.13, 435.14, 435.15, 435.16, 435.17, 435.18 a través de una línea de agua de alimentación de caldera 449. La tasa de suministro se controla por una válvula de control 451. Un acumulador de vapor 453 puede proporcionar vapor para los arranques. El acumulador de vapor 453 se conecta operativamente a través de la línea 455 y la válvula de control 457 al extremo de descarga de vapor del tubo de acero 435.1, así como a un suministro de vapor independiente, tal como una caldera convencional u otro aparato 428, de modo que el vapor se pueda suministrar desde el acumulador de vapor 453 a través de una válvula de control 459 al banco de tubos metálicos 435.1, 435.2, 435.3, 435.4, 435.5, 435.6, 435.7, 435.8, 435.9, 435.10, 435.11, 435.12, 435.13, 435.14, 435.15, 435.16, 435.17, 435.18 cuando se ha de arrancar el aparato 428.

Con el fin de controlar la cantidad de vapor alimentado a la turbina 430, se proporciona una válvula de control 456. En operación, la planta de generación de energía eléctrica y almacenamiento de calor 428 se opera de manera que, durante los períodos de consumo de electricidad fuera de pico, la energía eléctrica se convierta en calor por medio de los resistores 418.1, 418.2, 418.3, 418.4, 418.5, 418.6, 418.7, 418.8, 418.9, 418.10, 418.11, 418.12, 418.13, 418.14, 418.15, 418.16, 418.17, 418.18, 418.19.

Durante los períodos pico, el calor almacenado en los bloques de grafito 436.1, 436.2, 436.3, 436.4, 436.5, 436.6, 436.7, 436.8, 436.9, 436.10, 436.11, 436.12, 436.13, 436.14, 436.15, 436.16, 436.17, 436.18, 436.19 se utiliza para evaporar el agua de alimentación de caldera y/o condensado en los tubos metálicos 435.1, 435.2, 435.3, 435.4, 435.5, 435.6, 435.7, 435.8, 435.9, 435.10, 435.11, 435.12, 435.13, 435.14, 435.15, 435.16. 435.17, 435.18 generando vapor sobrecalentado que se alimenta por medio de la línea 434, a través de la válvula de control 456. La realización de la planta de almacenamiento de calor y generación de energía eléctrica mostrada en la Figura 4 se basa en un diseño de generador de vapor de un solo paso (OTSG). También se prevé por los inventores que los principios de la invención se pueden aplicar a un diseño del tipo de tambor de vapor como se muestra en la Figura 5. La Figura 5 muestra, de este modo, otra realización de la invención, en forma de planta de almacenamiento de calor y de generación de energía eléctrica 528. La planta 528 comprende una turbina de vapor 530 que acciona un generador 532. Por medio de una línea 534, se alimenta vapor sobrecalentado a la turbina de vapor 530.

El vapor sobrecalentado se genera en 8 bancos de tubos de sobrecalentamiento 535.1, 535.2, 535.3, 535.4, 535.5, 535.6, 535.7, 535.8, situados en el interior de una primera matriz de 9 bloques de grafito de alta pureza 536.1, 536.2, 536.3, 536.4, 536.5, 536.6, 536.7, 536.8, 536.9 con cada uno de los bancos de tubos de sobrecalentamiento 535.1, 535.2, 535.3, 535.4, 535.5, 535.6, 535.7, 535.8 respectivamente que se intercalan entre dos bloques de grafito adyacentes.

Los bloques de grafito 536.1, 536.2, 536.3, 536.4, 536.5, 536.6, 536.7, 536.8, 536.9 se sitúan en el interior y encerrados por una carcasa de acero dulce 538.

Un sistema de aislamiento 539.1, que comprende un vacío o un gas inerte para evitar la oxidación de los bloques de grafito, se proporciona entre la carcasa de acero dulce 538 y los bloques de grafito 536.1, 536.2, 536.3, 536.4, 536.5, 536.6, 536.7, 536.8, 536.9.

Los tubos de sobrecalentamiento 535.1, 535.2, 535.3, 535.4, 535.5, 535.6, 535.7, 535.8 se suministran con vapor saturado, a través de una válvula de control 558 y líneas de vapor 553 y 554, desde un tambor de vapor 555. El tambor de vapor 555 se suministra con vapor saturado de 18 bancos de tubos de caldera 546.1, 546.2, 546.3, 546.4, 546.5, 546.6, 546.7, 546.8, 546.9, 546.10, 546.11, 546.12, 546.13, 546.14, 546.15, 546.16, 546.17, 546.18, situados en el interior de una segunda matriz de 19 bloques de grafito de alta pureza 540.1, 540.2, 540.3, 540.4, 540.5, 540.6, 540.7, 540.8, 540.9, 540.10, 540.11, 540.12, 540.13, 540.14, 540.15, 540.16, 540.17, 540.18, 540.19 con cada uno de los bancos de tubos de caldera 546.1, 546.2, 546.3, 546.4, 546.5, 546.6, 546:7, 546.8, 546.9, 546.10, 546.11, 546.12, 546.13, 546.14, 546.15, 546.16, 546.17, 546.18 respectivamente que se intercalan entre dos bloques de grafito adyacentes.

Los bloques de grafito 540.1, 540.2, 540.3, 540.4, 540.5, 540.6, 540.7, 540.8, 540.9, 540.10, 540.11, 540.12, 540.13, 540.14, 540.15, 540.16, 540.17, 540.18, 540.19 se sitúan en el interior y encerrados por una carcasa de acero dulce 542.

Un sistema de aislamiento 539.2, que también comprende un vacío o un gas inerte para evitar la oxidación de los bloques de grafito se proporciona entre la carcasa de acero dulce 542 y los bloques de grafito 540.1, 540.2, 540.3, 540.4, 540.5, 540.6, 540.7, 540.8, 540.9, 540.10, 540.11, 540.12, 540.13, 540.14, 540.15, 540.16, 540.17, 540.18, 540.19.

En la primera matriz de 9 bloques de grafito de alta pureza 536.1, 536.2, 536.3, 536.4, 536.5, 536.6, 536.7, 536.8, 536.9, la energía eléctrica se convierte en energía térmica por medio de un calentamiento de resistencia de una serie de 9 resistores 518.1 a 518.9, cada uno de los cuales se incrusta en un bloque de grafito 536.1, 536.2, 536.3, 536.4, 536.5, 536.6, 536.7, 536.8, 536.9 correspondiente, como se describe en relación con las Figuras 1 y 2.

De manera similar, en la segunda matriz de 19 bloques de grafito de alta pureza 540.1, 540.2, 540.3, 540.4, 540.5, 540.6, 540.7, 540.8, 540.9, 540.10, 540.11, 540.12, 540.13, 540.14, 540.15, 540.16, 540.17, 540,18; 540.19, la energía eléctrica se convierte en energía térmica por medio de un calentamiento de resistencia de una serie de 19 resistores 518.10, 518.11, 518.12, 518.13, 518.14, 518.15, 518.16, 518.17, 518.18, 518.19, 518.20, 518.21, 518.22, 518.23, 518.24, 518.25, 518.26, 518.27, 518.28, cada uno de los cuales se incrusta en un bloque de grafito 540.1, 540.2, 540.3, 540.4, 540.5, 540.6, 540.7, 540.8, 540.9, 540.10, 540.11, 540.12, 540.13, 540.14, 540.15, 540.16, 540.17, 540.18, 540.19 correspondiente, como se describe en relación con las Figuras 1 y 2.

La energía eléctrica se conduce a los resistores 518.1 a 518.28 a través de una línea de alimentación eléctrica de baja tensión 539, que se puede conectar operativamente a un transformar 541 que se puede alimentar desde una red de suministro 543. El transformar 541 también se puede alimentar desde un generador 545 accionado por un molino de viento 547. La energía eléctrica generada por el generador 532 se alimenta a la red 543 a través de un transformador 533. El agua de alimentación de caldera o el condensado se suministra a los tubos de caldera 546.1, 546.2, 546.3, 546.4, 546.5, 546.6, 546.7, 546.8, 546.9, 546.10, 546.11, 546.12, 546.13, 546.14, 546.15, 546.16, 546.17, 546.18 a través de una línea de agua de alimentación de caldera 549 y un tambor de agua 580. La tasa de suministro se controla por una válvula de control 551.

Un acumulador de vapor 553 puede proporcionar vapor para los arranques. El acumulador de vapor 553 se conecta operativamente a través de una línea 559 y una válvula de control 557 al tambor de vapor 555, así como a un suministro de vapor independiente tal como una caldera convencional u otro aparato 528, de modo que el vapor se pueda suministrar desde el acumulador de vapor 553 a través de una válvula de control 562 al banco de tubos de caldera 546.1, 546.2, 546.3, 546.4, 546.5, 546.6, 546.7, 546.8, 546.9, 546.10, 546.11, 546.12. 546.13, 546.14, 546.15, 546.16, 546.17, 546.18 cuando se ha de arrancar el aparato 528.

Con el fin de controlar la temperatura, la presión y el grado de sobrecalentamiento del vapor alimentado a la turbina 530, se proporciona una unidad de mezcla/regulación de vapor 550, de modo que el vapor sobrecalentado descargado de los tubos de sobrecalentamiento 535.1 hasta 535.8 a través de una línea 552 se pueda mezclar, si es necesario, con vapor saturado alimentado desde el tambor de vapor 555 a través de la línea de vapor saturado 554 y una línea 561 adicional.

Las válvulas de control 556 y 560 se proporcionan en las líneas de vapor sobrecalentado y saturado respectivamente, con el fin de controlar las condiciones de operación del vapor suministrado a la turbina 30. En operación, la planta de generación de energía eléctrica y almacenamiento de calor 528 se opera de manera que, durante períodos de consumo de electricidad fuera de pico, la energía eléctrica se convierta en calor por medio de los resistores 518.1 hasta 518.28 cuando se les alimenta electricidad de la red 543. El calor se almacena en los bloques de grafito 536.1 hasta 536.9 y 540.1 hasta 540.19.

Durante los períodos pico, el calor almacenado en los bloques de grafito 540.1 hasta 540.19 se utiliza para evaporar agua de alimentación de caldera y/o condensado en los tubos de caldera 546.1 hasta 546.19 para producir vapor saturado que se descarga en la caldera de vapor 555. Al mismo tiempo, el calor almacenado en los bloques de grafito 536.1 hasta 536.9 se utiliza para sobrecalentar vapor saturado en los tubos de sobrecalentamiento 535.1 hasta 535.8 para producir vapor sobrecalentado que se alimenta a través de la línea 552, la unidad de mezcla y regulación de vapor 550 y la línea 534, a la turbina 530. La turbina 530 acciona el generador 532 que, a su vez, genera electricidad que se alimenta a la red 543.

Con referencia a la Figura 6, se muestra un diagrama de flujo esquemático de un sistema de almacenamiento y recuperación de calor con temperatura compensada 610 según la invención. El sistema 610 comprende tres pares de segmentos de bloque de calor 612.1, 612.2; 614.1; 614.2 y 616.1, 616.2, cada uno de los cuales es un cuerpo de grafito. Entre cada par de segmentos de bloque de calor 612.1, 612.2; 614.1, 614.2 y 616.1, 616.2, se puede sujetar un banco de tubos de intercambiador de calor 618, 620, 622 para proporcionar un contacto íntimo entre las superficies adyacentes de los pares de segmentos de bloque de calor 612.1, 612.2; 614.1, 614.2; 616.1, 616.2. Cada uno de los bancos de tubos de intercambiador de calor 618, 620, 622 consta de tres tubos 618.1, 618.2, 618.3; 620.1.620.2, 620.3; y 622.1,622.2, 622.3 que están conectados en paralelo.

Una línea de suministro de agua de alimentación 624 conduce el agua de alimentación de caldera a los bancos de los tubos de intercambiador de calor 618, 620, 622, mientras que una línea o un colector de salida de vapor sobrecalentado 626 transporta vapor sobrecalentado desde los bancos de los intercambiadores de calor 618, 620, 622 hasta donde se pueda utilizar para accionar una turbina, motor o similar (no mostrado). Un cable de alimentación de entrada de energía eléctrica 628 conduce la energía eléctrica a los cables de reticulación 630.1, 630.2, 630.3 que, a su vez, conducen la energía eléctrica a tres pares de resistores 632.1, 632.2, etc., proporcionados en cada uno de los segmentos de bloque de calor 612.1, 612.2, 614.1, 614.2, 616.1, 616.2 (por el bien de la claridad, solamente se han numerado en el dibujo los resistores en los segmentos de bloque de calor 612.1, 612.2).

En operación, la energía eléctrica obtenida de la red durante las horas fuera de pico, o recuperada de una fuente de energía renovable, tal como una fuente de energía solar, eólica, undimotriz o mareomotriz, se usa para calentar los segmentos de bloque de calor 612.1, 612.2, 614.1, 614.2; 616.1, 616.2, mediante calentamiento de resistencia de los resistores 632.1, 632.2, etc., de cada uno de los segmentos de bloque térmico 612,1, 612,2; 614.1, 614.2 y 616.1, 616.2. Cuando se desea recuperar energía térmica de los segmentos de bloque de calor 612.1, 612.2, 614.1, 614.2, 616.1 y 616.2, el agua de alimentación de caldera se introduce en el intercambiador de calor 618 abriendo una válvula de control 634, haciendo que el agua de alimentación de caldera fluya a través de los intercambiadores de calor 618.1, 618.2, 618.3 y extraiga calor de los segmentos de bloque de calor 612.1, 612.2. El agua se evapora y el vapor que se forma se sobrecalienta a la temperatura y presión requeridas antes de que se descargue a través de la válvula de control 636 a la línea o colector de vapor sobrecalentado 626.

Los bancos de intercambiadores de calor 620 y 622 de los segmentos de bloque de calor 614.1, 614.2 y 616.1, 616.2 se pueden suministrar con agua de alimentación desde la línea de agua de alimentación 624 operando las válvulas de control 638, 640, respectivamente. Alternativamente, se pueden suministrar por agua de alimentación de caldera calentada o vapor saturado a través de la línea 642, abriendo una válvula de control 644 en la misma, permitiendo que el agua de alimentación de caldera calentada o el vapor saturado se hagan pasar desde el intercambiador de calor 618 o bien a uno cualquiera o bien a ambos intercambiadores de calor 620, 622, a condición de que están abiertas las válvulas de control 646 y 648 adicionales.

Las válvulas de control 646 y 648 adicionales se pueden operar alternativamente (y preferiblemente) tal como para asegurar que un flujo de vapor saturado o agua de alimentación de caldera calentada se dirija desde el intercambiador de calor 618 cuando su temperatura es demasiado baja para la producción de vapor sobrecalentado de la temperatura y presión deseadas, a través del intercambiador de calor 620 al intercambiador de calor 622 para ser evaporado y sobrecalentado antes de que se descargue en la línea de vapor sobrecalentado 626, a través de las válvulas de control 650, 652. Se proporcionan las válvulas de control 654, 656 para dirigir, respectivamente, vapor saturado y/o agua de alimentación de caldera calentada desde el intercambiador de calor 620 hasta el intercambiador de calor 622, o desde el intercambiador de calor 622 hasta los intercambiadores de calor posteriores en el tren de intercambiadores de calor (no se muestra el equilibrio del tren) antes de que el vapor sobrecalentado generado en el intercambiador de calor respectivo se descargue en el colector de vapor sobrecalentado 626.

También es posible aislar uno cualquiera o más de los intercambiadores de calor 618, 620, 622 tanto de la línea de agua de alimentación 624 como de la línea o el colector de vapor sobrecalentado 626, por ejemplo, durante las horas en que el calor se ha de almacenar en los segmentos de bloque de calor 612.1, 612.2; 614.1, 614.2; 616.1, 616.2, respectivos.

Cada uno de los conjuntos de segmentos de bloque de calor 612.1, 612.2; 614.1, 614.2; 616.1, 616.2 se puede alimentar por separado desde la línea de agua de alimentación de caldera 624 abriendo una de las válvulas de control 658, 660 que alimentan respectivamente los intercambiadores de calor 620 y 622.

Para ser capaz de operar de manera eficiente, las turbinas o motores accionados por vapor requieren normalmente que el vapor se entregue en un intervalo muy limitado de temperaturas y presiones. El vapor producido en una caldera y un sobrecalentador convencionales se pueden controlar con relativa facilidad, debido a las temperaturas y los flujos de calor relativamente constantes en tales calderas y, por lo tanto, la tasa de transferencia de energía y la temperatura y presión resultantes del vapor son normalmente bastante constantes.

En los segmentos de bloque de calor térmicos 612.1, 612.2; 614.1, 614.2; y 616.1, 616.2 la extracción de calor da como resultado una reducción progresiva de su temperatura. La tasa de transferencia de energía es función de la diferencia de temperatura (A^t) entre el segmento de bloque de calor 612.1, 612.2; 614.1, 614.2; 616.1, 616.2 relevante y el fluido de recepción, y el área a través de la cual ocurre la transferencia de energía. Esta relación puede expresar mediante la ecuación:

q = f (A, AT)

en donde

'q' = tasa de transferencia de energía y

'A' = área del intercambiador de calor.

Para mantener una tasa uniforme de transferencia de energía y, por lo tanto, una condición consistente del vapor producido, y debido a la variación de AT, es necesario ser capaz de variar el área de transferencia (superficie de intercambiador de calor).

En operación, el sistema 610 se controla, por la operación de las válvulas de control 634, 636, 638, 640, 644, 646, 648, 650, 652, 654, 656, 658, 660, para retirar calor secuencialmente de los segmentos de bloque de calor 612.1, 612.2; 614.1, 614.2 y 616.1, 616.2. Cuando la temperatura de los segmentos de bloque de calor 612.1, 612.2 ha caído hasta un punto donde la diferencia de temperatura (AT) entre los segmentos de bloque de calor 612.1, 612.2 y el vapor o agua en el intercambiador de calor 618 ha caído hasta un punto donde el vapor sobrecalentado de la temperatura y presión deseadas ya no se puede producir en el intercambiador de calor 618, la válvula de control 636 está cerrada mientras que la válvula de control 644 está abierta, permitiendo que el vapor y/o el agua de alimentación de caldera calentada fluya a través de la línea 642 al intercambiador de calor 620 donde se evapora o se evapora y sobrecalienta además antes de ser descargado, a través de la válvula de control 650, en el colector de vapor sobrecalentado 626.

Inicialmente, no se admite agua de alimentación de caldera en el intercambiador de calor 620 desde la línea de agua de alimentación de caldera 624 a través de la válvula de control 638. La válvula de control 638 se abre preferiblemente solamente una vez que la cantidad de calor que todavía se puede extraer de los segmentos de bloque de calor 612.1, 612.2 ha disminuido a un nivel donde ya no es económico hacer circular el agua de alimentación de caldera a través del intercambiador de calor 618. En ese punto, la válvula de control 634 se cierra mientras que la válvula de control 638 está abierta. La válvula de control 640 entonces todavía está cerrada, pero se puede abrir, de una forma similar que la válvula de control 638, cuando, después de algún tiempo, ya no sea económica o técnicamente factible extraer calor de los segmentos de bloque de almacenamiento 614.1, 614.2. El mismo proceso que se ha descrito anteriormente para los pares de segmentos de bloque de calor 612.1, 612.2 se repite para los pares de segmentos de bloque de calor 614.1, 614.2 y 616.1,616.2.

La operación de las válvulas de control se puede automatizar y se puede controlar por un dispositivo programable (no mostrado) para asegurar que la apertura y cierre de las válvulas de control responda a las condiciones de temperatura y presión preestablecidas, como se puede requerir en el colector 626, para la alimentación de vapor a la turbina o motor.

Las tuberías de intercambiador de calor utilizadas se seleccionan preferiblemente tal como para resistir las tensiones generadas por las temperaturas y presiones del sistema para cumplir con los estándares de código de diseño apropiados. Aquellas aleaciones que cumplen con los requisitos hasta 850 °C incluyen Aleación 600, Aleación 800H y Aleación 556.

El arranque se puede lograr usando agua saturada (agua justo por debajo de la temperatura a la que llega a estar el vapor a una presión dada), preferiblemente a alrededor de 300 °C y bajo presión, para controlar el choque térmico. El caudal de agua saturada se aumenta gradualmente hasta que se alcanza el caudal requerido, controlando, de este modo, la tasa de disminución de temperatura en las tuberías y las tensiones térmicas consiguientes.

El sistema de almacenamiento de energía térmica de la invención se puede diseñar para su uso en un intervalo grande de capacidades de salida (desde generadores tan pequeños como 5 kW de salida, hasta cientos de MW de salida) y para ser construido en módulos de tamaño que almacenarán energía para varias semanas e incluso más si es necesario.

El sistema se puede diseñar para cubrir el hueco entre la disponibilidad intermitente de energías renovables (tales como energía eólica, solar, hidráulica, mareomotriz y undimotriz) recuperando y almacenando la energía cuando está disponible y liberándola del almacenamiento durante períodos de no disponibilidad o disponibilidad disminuida. Opcionalmente se pueden proporcionar inserciones extraíbles, como se describe en relación con la Figura 2, entre los bloques de grafito de las Figuras 4, 5 y 6.

Una gama de usos para los aparatos y métodos según la presente invención incluye, pero no se limita a:

• Almacenar el excedente de energía disponible fuera de pico para su liberación en los períodos pico, utilizando mejor, de este modo, los activos de generación existentes.

• Reubicar la capacidad de generación existente en centros de carga para su disponibilidad en períodos pico, evitando, de este modo, la necesidad de costosas actualizaciones de red a los sistemas de transmisión y distribución.

• Proporcionar capacidad de generación (generación distribuida) dentro de los sistemas de distribución como medida de seguridad cuando esos sistemas de distribución se someten a cortes debido a líneas de suministro individuales.

• Integración de fuentes de energía renovables en redes, para superar la irregularidad de fuentes, tales como la eólica.

• Sustituir sistemas de red de alto coste y contaminantes fuera de la red o “en isla” que funcionan con combustibles fósiles por un suministro de potencia de energía renovable fiable.

Con referencia a la Figura 7, se muestra la energía (expresada en megavatios hora) que se puede almacenar en grafito a una temperatura de almacenamiento de 300 °C a 2400 °C. Los gráficos de la Figura 7 son representaciones gráficas de los datos contenidos en la Tabla 1. El gráfico inferior muestra la energía almacenada por tonelada de grafito, mientras que el gráfico superior representa la energía almacenada por metro cúbico de grafito. Con referencia a la Figura 8, se muestra una realización adicional del aparato de almacenamiento de calor 800 según la invención. El aparato 800 comprende un núcleo de alta temperatura 802 en forma de cubo rodeado por una capa de temperatura intermedia 804 que a su vez está rodeada por una capa de baja temperatura 806.

El núcleo de alta temperatura 802, la capa de temperatura intermedia 804 y la capa de baja temperatura 806 están hechos todos de grafito de alta pureza y están completamente encerrados dentro de un recinto 808.

El material de aislamiento térmico de alta temperatura 810 separa el núcleo de alta temperatura 802 de la capa de temperatura intermedia 804, mientras que el material de aislamiento térmico de temperatura intermedia 812 separa la capa de temperatura intermedia 804 de la capa de baja temperatura 806. Se proporciona una capa de aislamiento térmico 814 adicional entre la capa de baja temperatura 806 y el recinto 808.

Un conductor eléctrico 816 conduce la electricidad a una matriz de 49 resistores 818 que están incrustados en el núcleo de alta temperatura 802. Los resistores 818 están dispuestos en siete filas de siete resistores cada una, como se muestra en la Figura 8.

Cuatro bancos de tubos de intercambiador de calor 820, 822, 824 y 826 se proporcionan en la capa de baja temperatura 806, uno en cada uno de los cuatro lados de la capa de temperatura intermedia 804. Cuatro bancos adicionales de tubos de intercambiador de calor 828, 830, 832 y 834 se proporcionan en la capa de temperatura intermedia, uno en cada uno de los lados del núcleo de alta temperatura 802.

Como se muestra en la Figura 8, los tubos de intercambiador de calor 820, 822, 824 y 826 y 828, 830, 832 y 834 están interconectados, respectivamente, de una forma en serie. No obstante, en realizaciones alternativas de la invención, se pueden conectar a circuitos de agua caliente o vapor separados o aún en realizaciones alternativas adicionales, dos o más de ellos se pueden conectar al mismo circuito de vapor o agua caliente de una forma en paralelo o se pueden diseñar y operar tal como para transportar el agua de alimentación de caldera a los tubos calentados por la capa respectiva de grafito y vapor o vapor sobrecalentado de los mismos.

En uso, la electricidad fuera de pico o la electricidad generada a partir de fuentes variables tales como parques eólicos, colectores solares, etc., se puede conducir al aparato de almacenamiento de calor 800 a través del conductor eléctrico 816, y convertir en energía térmica por medio de los resistores 818.

Cuando se requiera, la energía térmica se puede extraer o bien de la capa de temperatura intermedia 804 o bien de la capa de baja temperatura 806, pasando agua o vapor a través de uno o más de los bancos de tubos de intercambiador de calor.

Cuando se extrae calor de la capa de baja temperatura 806 o de la capa de temperatura intermedia 804, sus temperaturas disminuyen según los gráficos mostrados en la Figura 7. A medida que la temperatura de la capa de temperatura intermedia 804 disminuye por debajo de la temperatura del núcleo de alta temperatura 802, la diferencia de temperatura entre la capa de temperatura intermedia 804 y el núcleo de alta temperatura 802 hará que el calor se conduzca desde el núcleo de alta temperatura 802 a través del material de aislamiento térmico a alta temperatura 810 hasta la capa de temperatura intermedia 804. De manera similar, cuando la temperatura de la capa de baja temperatura 806 cae por debajo de la temperatura de la capa de temperatura intermedia 804, el calor se conduce a través del material de aislamiento térmico de temperatura intermedia 812 hasta la capa de baja temperatura 806. Debido a la construcción en capas del aparato de almacenamiento térmico 800 y debido al material de aislamiento térmico entre el núcleo de alta temperatura 802 y la capa de temperatura intermedia 804 y entre la capa de temperatura intermedia 804 y la capa de baja temperatura 806, es posible usar materiales de construcción para el banco de tubos de intercambiador de calor que no tienen que ser capaces de resistir las altas temperaturas de operación del núcleo de alta temperatura 802. De esta forma, es posible usar materiales de coste menor que de otro modo sería el caso. No obstante, llega a ser importante controlar la operación del aparato de almacenamiento térmico 800 de tal forma que la temperatura de operación de los tubos de intercambiador de calor no exceda los límites de operación seguros impuestos por los fabricantes.

Además, disponiendo el núcleo de alta temperatura 802 para que se sitúe centralmente, con capas de grafito rodeándolo, de modo que la capa con la temperatura de operación más baja esté más cercana al exterior, se pueden minimizar las pérdidas de energía del aparato a través del material de aislamiento térmico 814 adicional.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un método de almacenamiento de energía térmica en un cuerpo (12) de grafito a una temperatura elevada y de recuperación de la energía térmica del mismo, que comprende los pasos de calentar una región interna del cuerpo de grafito cuando se requiere almacenar la energía térmica y recuperar la energía térmica almacenada, cuando se requiera ser recuperada, caracterizado por que el paso de calentamiento comprende hacer pasar una corriente eléctrica a través de un resistor (18) dispuesto en la región interna del cuerpo de grafito, para hacer que su temperatura se eleve, existiendo un taladro o pozo (20) para incrustar el resistor (18) en el cuerpo (12) de grafito, el taladro o pozo (20) que se extienden desde una superficie superior (12.1) del cuerpo (12) hasta un punto (12.2) dentro del cuerpo (12) que es remoto de la superficie del mismo.

2. Un método según la reivindicación 1, que incluye el paso de aislar térmicamente el cuerpo (12) de grafito de su entorno.

3. Un aparato (10) para almacenar energía térmica que comprende un cuerpo (12) de grafito en el que se almacena energía térmica a una temperatura elevada y del cual es recuperable la energía térmica, y que comprende adicionalmente un resistor (18) para calentar una región interna del cuerpo de grafito y medios (26) para recuperar la energía térmica almacenada del cuerpo de grafito cuando se requiera que sea recuperada, dicho aparato que comprende un taladro o pozo (20) para incrustar el resistor (18) en el cuerpo (12) de grafito, el taladro o pozo (20) que se extiende desde una superficie superior (12.1) del cuerpo (12) hasta un punto (12.2) dentro del cuerpo (12) que es remoto de la superficie del mismo.

4. Un aparato según la reivindicación 3, que comprende un circuito eléctrico conectado al resistor (18) y a una fuente (32) de electricidad seleccionada de energía eléctrica recuperada de una fuente de energía renovable (547) y electricidad fuera de pico.

5. Un aparato según la reivindicación 3 o la reivindicación 4, que comprende también un recinto (438, 542) adaptado para contener el cuerpo de grafito (436, 540) en una atmósfera de un gas no oxidante o en vacío.

6. Un método según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, que comprende adicionalmente convertir dicha energía térmica recuperada en energía eléctrica, por lo que el método es un método de almacenamiento de energía térmica y generación de energía eléctrica a partir de la energía térmica almacenada.

7. Una planta de almacenamiento de calor y generación de energía eléctrica (28) que comprende un aparato para almacenar energía térmica según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5 y medios (30, 32) para convertir dicha energía térmica recuperada en energía eléctrica.

8. Un aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, en el que el cuerpo de grafito es un primer cuerpo de grafito (802), y el aparato que comprende al menos un cuerpo de grafito (804, 806) adicional en donde el primer cuerpo de grafito (802) está aislado térmicamente (810, 812) del o de cada cuerpo de grafito (804, 806) adicional.

9. Un aparato según la reivindicación 8, que comprende un núcleo de alta temperatura (802) y al menos una capa (804, 806) de grafito que rodea el núcleo de alta temperatura central.

10. Un aparato según la reivindicación 9, que comprende aislamiento térmico (810, 812) entre el núcleo (802) y la o cada capa (804, 806) que rodea el núcleo.

11. Un aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5 u 8 a 10, en donde el resistor (18) está conectado a un suministro (32) de electricidad a través de un par de contactos eléctricos (230, 234) y en donde los contactos eléctricos están hechos del mismo material.

12. El método de la reivindicación 1, en donde el cuerpo (12) de grafito se subdivide en una pluralidad de partes o subdivisiones (536.1-536.9, 540.1-540.19).

13. El aparato de la reivindicación 3, en donde el resistor (18) está aislado eléctricamente del cuerpo (12) de grafito por medio de una capa de material de aislamiento eléctrico proporcionada entre una parte sustancial de la superficie interna, del taladro o pozo y el resistor, para de reducir la proporción de la corriente eléctrica total que fluye a través de las paredes laterales del pozo al material circundante que forma parte del cuerpo de grafito, y para asegurar que la mayor parte de la corriente eléctrica fluya a través de una región deseada o son o proporción de la superficie interna del taladro o pozo.

14. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, 8 a 11 o 13, en donde los medios para recuperar energía térmica almacenada del cuerpo de grafito comprende un intercambiador de calor para evaporar agua para generar vapor, una turbina (30) accionada por el vapor, y un generador de energía (32) accionado por la turbina.

15. El aparato de una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, 8 a 11, 13 o 14, que incluye un fluido de trabajo, en donde el fluido de trabajo es agua que se evapora, en uso, para generar vapor, y en donde el sistema comprende además una turbina (30) accionada por el vapor y un generador de energía (32) accionado por la turbina.