RS67589B1 - Postrojenje za proizvodnju i skladištenje energije - Google Patents

Description

[0001] Opis

[0003] Oblast pronalaska

[0005] Predmet predmetnog pronalaska je postrojenje za generisanje i skladištenje energije. Preciznije, predmet predmetnog pronalaska je sistem sposoban da apsorbuje/koristi energiju, da tokom vremena održava uskladištenu energiju i da je transformiše u mehaničku energiju za pogon jedne ili više pogonjenih mašina i/ili sposoban da je transformiše u električnu energiju i ponovo je uvede u mrežu u trenucima zahteva za navedenom električnom energijom, ali i da generiše električnu energiju iz spoljašnjeg izvora energije (na primer: rekuperacija toplote/WHR, solarna, vodonik (H2), biomasa, otpad, fosilno gorivo).

[0006] Detaljnije, predmetni pronalazak se odnosi na sistem generisanja iz različitih izvora i skladištenja električne energije u obliku potencijalne energije (pritisak) i toplotne/termodinamičke energije, putem aktiviranja termodinamičkog ciklusa i/ili ciklične termodinamičke transformacije.

[0007] Predmetni pronalazak se nalazi u oblasti sistema generisanja iz različitih izvora i skladištenja energije srednjih i velikih razmera, kako za kopnene tako i za morske primene, tipično sa snagama u opsegu od stotina kW do desetina MW (npr. 20-25 MW), ali i stotina MW, i sa kapacitetima skladištenja u opsegu od nekoliko stotina kWh do stotina MWh, pa čak i do nekoliko GWh.

[0008] Predmetni pronalazak se takođe može svrstati u oblast sistema generisanja iz različitih izvora i skladištenja energije malih razmera, za kućne i komercijalne primene, kako kopnene tako i morske, tipično sa snagama u opsegu od nekoliko kW do nekoliko stotina kW i sa kapacitetima skladištenja od nekoliko kWh do stotina kWh.

[0010] Definicije

[0012] U predmetnom opisu i u priloženim patentnim zahtevima, pozvaće se na sledeće definicije:

[0014] • Termodinamički ciklus (TC): termodinamička transformacija od tačke X do tačke Y, pri čemu se tačka X poklapa sa tačkom Y; TC, za razliku od CTT (ciklična termodinamička transformacija) navedene u nastavku, nema akumulacije mase (značajne u energetske svrhe) unutar ciklusa, dok CTT tipično radi između dva skladišta radnog fluida, jednog početnog i drugog završnog;

[0015] • Ciklična termodinamička transformacija (CTT): termodinamička transformacija od tačke X do tačke Y i od tačke Y do tačke X, bez nužnog prolaska kroz iste međutačke;

[0016] • Zatvoreni TC i/ili CTT: bez razmene mase (značajne u energetske svrhe) sa atmosferom; • Otvoreni TC i/ili CTT: sa razmenom mase (značajne u energetske svrhe) sa atmosferom.

[0017] Stanje tehnike pronalaska

[0019] U poslednje vreme, usled sve veće rasprostranjenosti sistema za proizvodnju energije iz obnovljivih izvora, a naročito iz vetro i fotonaponskih izvora, koji se odlikuju varijabilnošću i nepredvidivošću proizvodnje, sistemi za skladištenje električne energije dobijaju sve veći značaj.

[0020] Pored navedene potrebe, postoji i rastuća potreba za sistemima za generisanje energije i povraćaj energije iz nekonvencionalnih i neprogramabilnih izvora u odsustvu „skladištenja energije“, kao što je, na primer, generisanje energije iz termodinamičkog solarnog izvora.

[0021] Javni dokument WO/2020/039416, na ime istog podnosioca prijave, opisuje postrojenje i postupak za skladištenje energije. Postrojenje sadrži kućište za skladištenje radnog fluida koji nije atmosferski vazduh, u gasovitoj fazi i u ravnoteži pritiska sa atmosferom; rezervoar za skladištenje navedenog radnog fluida u tečnoj ili superkritičnoj fazi, sa temperaturom bliskom kritičnoj temperaturi, pri čemu je navedena kritična temperatura bliska ambijentalnoj temperaturi. Postrojenje je konfigurisano da izvodi zatvorenu cikličnu termodinamičku transformaciju, najpre u jednom smeru u konfiguraciji punjenja, a zatim u suprotnom smeru u konfiguraciji pražnjenja, između kućišta i rezervoara.

[0022] U konfiguraciji punjenja postrojenje skladišti toplotu i pritisak, dok u konfiguraciji pražnjenja postrojenje generiše energiju.

[0024] Sažetak

[0026] Podnosilac prijave je uočio da se postupak i postrojenje opisani u dokumentu WO/2020/039416 mogu dodatno unaprediti, naročito u pogledu njihove fleksibilnosti.

[0027] Podnosilac prijave je takođe uočio da se postupak može dodatno unaprediti do integrisanja i formiranja sistema za generisanje mehaničke/električne energije iz neprogramabilnih izvora i iz drugih izvora.

[0028] Podnosilac prijave je naročito osetio potrebu da se obezbede sistemi za generisanje mehaničke/električne snage koji su sposobni da prilagođavaju apsorbovanu i generisanu energiju, posebno električnu energiju koja se razmenjuje sa elektroenergetskom mrežom, na način koji nije proporcionalan ulaznoj energiji, čime se postiže pogonska mašina (ili, obrnuto, toplotna pumpa) sposobna da isporučuje snagu koja nije proporcionalna ulaznoj energiji, ili još bolje proporcionalna toj energiji, ali vremenski pomerena.

[0029] U tom kontekstu, podnosilac prijave je postavio cilj osmišljavanja i ostvarivanja postrojenja za generisanje i skladištenje energije koje omogućava: vremensko razdvajanje mehaničkog/električnog izlaza od energetskog ulaza i/ili podešavanje frekvencije mreže (kako ultrabrzo tako i primarno podešavanje); izvođenje brzih operacija povćanja brzine, operacija balansiranja i slično.

[0030] Podnosilac prijave je utvrdio da se gore navedeni ciljevi, kao i drugi, mogu postići putem sistema za skladištenje energije koji radi na osnovu cikličnih termodinamičkih transformacija (CTT) radnog fluida, poput onog prikazanog u WO/2020/039416, kombinovanog sa zatvorenim termodinamičkim ciklusom (TC) izvedenim sa najmanje delom istog radnog fluida.

[0031] Sistem za skladištenje energije (CTT) radi najpre u jednom smeru, a zatim u suprotnom smeru, između skladišta radnog fluida u dva odvojena rezervoara, od kojih je jedan (onaj na nižoj temperaturi) atmosferski, ali koji nije formiran od atmosferskog vazduha već od drugog gasa u ravnoteži pritiska sa atmosferom. Navedeni sistem je takođe karakterisan time što skladišti energiju transformišući radni fluid iz početnog gasovitog/parnog stanja u završno tečno ili superkritično stanje sa temperaturom bliskom kritičnoj temperaturi (npr. manjom od 1,2 puta kritične temperature u Kelvinima, poželjno između 0,5 i 1,2 puta). Takođe je karakterisan time što navedena kritična temperatura poželjno nije daleko od ambijentalne temperature, poželjno bliska ambijentalnoj temperaturi (poželjno između 0°C i 200°C, još poželjnije između 0 C i 100°C).

[0032] Zatvoreni termodinamički ciklus (TC) može biti subkritičan, superkritičan ili transkritičan i aktivira se istim mašinama kao i sistem za skladištenje energije (CTT), koji radi kao pogonska mašina (ili kao toplotna pumpa). Ukupno posmatrano, sistem je stoga hibridan i radi kao baterija (CTT za skladištenje energije), i kao pogonska mašina/toplotna pumpa (TC).

[0033] Radni fluid je poželjno ugljen dioksid (CO₂), ali se, radi poboljšanja performansi sistema, takođe u zavisnosti od specifičnih uslova okoline u kojima se sistem koristi, može primeniti smeša CO₂ i drugih supstanci kako bi se korigovala kritična temperatura Tc fluida. Mogu se koristiti i drugi fluidi, kao što su SF<6>, N<2>O i slično, uvek čisti ili u smeši sa drugim fluidima. U predloženom sistemu obezbeđeno je skladištenje toplote povraćene sa izlaza kompresora. Rezervoari, kako visokog tako i niskog pritiska, rade pri konstantnim pritiscima ili pri pritiscima koji se u svakom slučaju podešavaju unutar određenih, jasno definisanih opsega, kako kada sistem radi u subkritičnim, tako i u superkritičnim uslovima, eventualno uz različite strategije regulacije.

[0034] Konkretno, gore navedeni ciljevi, kao i drugi, u suštini su ostvareni postrojenjem za generisanje i skladištenje energije tipa zahevanog u priloženim patentnim zahtevima.

[0035] Podnosilac prijave je proverio da postrojenje prema pronalasku omogućava ostvarivanje unapred postavljenih ciljeva.

[0036] Naročito, podnosilac prijave je proverio da pronalazak omogućava fleksibilno i efikasno upravljanje apsorbovanom i uskladištenom energijom, koja se vraća i generiše na fleksibilan i efikasan način.

[0037] Na primer, pronalazak omogućava podešavanje frekvencije mreže, izvođenje operacija brzog podešavanja brzine, jedinice brze rezerve ili rezerve brze kontrole, primarne rezerve, balansiranja i slično.

[0038] Na primer, uz pretpostavku da je određena količina radnog fluida akumulirana u rezervoaru 9 i uz pretpostavku zatvorenog termodinamičkog ciklusa (TC) sa efikasnošću od 25 % uz dodatnu toplotnu energiju (obezbeđenu putem dodatnog izmenjivača toplote koji prima toplotu iz dodatnog izvora toplote) od 20 MW termalnih, to znači da je neto električna energija ciklusa jednaka 5 MWe (rezultat turbine od13 MWe i kompresora od 8 MWe, pri čemu se potonja oduzima od one generisane turbinom). U slučaju potrebe, biće moguće isključiti ili u svakom slučaju dovesti kompresor 3 u uslove minimalne apsorpcije, i tako omogućiti rad brze rezervne jedinice od 13 MW korišćenjem radnog fluida uskladištenog u rezervoaru 9.

[0039] Podnosilac prijave je takođe proverio da pronalazak omogućava realizaciju skladištenja energije na lokacijama bez posebnih geomorfoloških karakteristika, uključujući primenu na moru/priobalju, na bezbedan način i uz nizak uticaj na životnu sredinu. Podnosilac prijave je takođe proverio da pronalazak omogućava postizanje visokih RTE.

[0040] Podnosilac prijave je potvrdio da omogućavanje da se mašine (turbina/turbine i/ili kompresor/kompresori) takođe rotiraju, nezavisno od zatvorenog termodinamičkog ciklusa (TC) omogućava veoma brzo prelaženje iz faze punjenja u fazu pražnjenja, čak za manje od 1 sekunde, i pored toga, činjenica da su mašine povezane na mrežu omogućava obezbeđivanje inercije mreže, čime se omogućava pružanje usluga ultrabrzog podešavanja.

[0041] Dalje karakteristike i prednosti biće jasnije iz detaljnog opisa poželjnih, ali ne i isključivih, tehničkih rešenja postrojenja za generisanje i skladištenje energije u skladu sa predmetnim pronalaskom.

[0043] Opis slika nacrta

[0045] Takav opis biće izložen u nastavku uz upućivanje na priložene slike nacrta, koji su dati isključivo kao neograničavajući primer, pri čemu:

[0046] ▪ slika 1 šematski prikazuje tehničko rešenje postrojenja za generisanje i skladištenje energije prema predmetnom pronalasku u radnoj konfiguraciji;

[0047] ▪ slika 2 predstavlja T–S dijagram koji se odnosi na radnu konfiguraciju sa slike 1;

[0048] ▪ slika 3 prikazuje postrojenje sa slike 1 u drugačijoj radnoj konfiguraciji;

[0049] ▪ slika 4 predstavlja T–S dijagram koji se odnosi na radnu konfiguraciju sa slike 3;

[0050] ▪ slika 5 prikazuje varijantu oblika tehničkog rešenja postrojenja za skladištenje energije prema predmetnom pronalasku;

[0051] ▪ slike 6, 8 i 10 prikazuju drugačiju varijantu tehničkog rešenja postrojenja u odgovarajućim radnim konfiguracijama;

[0052] ▪ slike 7, 9 i 11 predstavljaju T–S dijagrame koji se odnose na radne konfiguracije sa slika 6, 7 i 8;

[0053] ▪ slika 12 prikazuje još jednu varijantu tehničkog rešenja postrojenja za skladištenje energije prema predmetnom pronalasku;

[0054] ▪ slika 13 prikazuje još jedan T–S dijagram koji se odnosi na pronalazak;

[0055] ▪ slika 14 prikazuje još jednu varijantu tehničkog rešenja postrojenja za skladištenje energije prema predmetnom pronalasku;

[0056] ▪ slika 15 prikazuje varijantu postrojenja sa slike 3;

[0057] ▪ slika 16 predstavlja T–S dijagram koji se odnosi na radnu konfiguraciju sa slike 15.

[0058] Detaljan opis

[0060] Pozivajući se na priložene slike, pozivna broj 1 u celini označava postrojenje za generisanje i skladištenje energije prema predmetnom pronalasku.

[0061] Postrojenje 1 radi, na primer, sa radnim fluidom koji se razlikuje od atmosferskog vazduha.

[0062] Na primer, postrojenje 1 radi sa radnim fluidom izabranim iz grupe koja obuhvata: ugljendioksid CO<2>, sumpor heksafluorid SF<6>, azotni oksid N<2>O. U daljem opisu, radni fluid koji se koristi u kombinaciji sa opisanim postrojenjem 1 je ugljen dioksid CO<2>.

[0063] Postrojenje 1 je konfigurisano da izvodi zatvorenu cikličnu termodinamičku transformaciju (CTT), najpre u jednom smeru u konfiguraciji/fazi punjenja, a zatim u suprotnom smeru u konfiguraciji/fazi pražnjenja, pri čemu u konfiguraciji punjenja postrojenje 1 skladišti toplotu i pritisak, dok u konfiguraciji pražnjenja postrojenje generiše električnu i/ili mehaničku energiju.

[0064] Postrojenje 1 je takođe konfigurisano da definiše/ograniči zatvoreni krug i da u navedenom zatvorenom krugu izvodi zatvoreni termodinamički ciklus (TC) sa najmanje delom istog radnog fluida, i dok je navedeno postrojenje 1 u konfiguraciji punjenja ili u konfiguraciji pražnjenja.

[0065] Sa upućivanjem na sliku 1, postrojenje 1 sadrži turbinu 2 i kompresor 3. Kompresor 3 je šematski prikazan kao da sadrži tri stepena. Kompresor 3 je povezan sa motorom 4a. Turbina 2 je mehanički povezana sa generatorom 4b i sa pogonskom mašinom 300, šematski prikazanom na slici 1 i različitom od generatora. Turbina 2 je mehanički povezana sa generatorom 4b i sa pogonskom mašinom 300 putem prenosa, na primer putem spojnih elemenata, npr. frikcionog tipa, koji omogućavaju povezivanje i odvajanje, po komandi, turbine 2 ka/od generatoru 4b i/ili ka/od pogonjene mašine.

[0066] Postrojenje 1 sadrži kućište 5, koje je poželjno definisano kao balon pod pritiskom izrađenim od fleksibilnog materijala, na primer od poliesterske tkanine presvučene PVC-om. Balon pod pritiskom je postavljen na površini i spolja je u kontaktu sa atmosferskim vazduhom. Balon pod pritiskom u svojoj unutrašnjosti ograničava zapreminu konfigurisanu da sadrži radni fluid pri atmosferskom pritisku ili suštinski atmosferskom pritisku, odnosno u ravnoteži pritiska sa atmosferom. Kućište 5 se takođe može izvesti kao gasometar ili bilo koji drugi sistem za skladištenje gasa pri niskom ili nultom nadpritisku.

[0067] [0034] Prvi deo cevi 6a za dovod proteže se između kućišta 5 i ulaza 3a kompresora 3. Treći deo povratnih cevovoda 6b proteže se između kućišta 5 i izlaza 2b turbine 2, kako bi se unutrašnja zapremina kućišta 5 dovela u fluidnu komunikaciju sa navedenim kompresorom 3 i turbinom 2. Ventil ili sistem ventila je operativno postavljen na te delove 6a, 6b kako bi se naizmenično uspostavljala fluidna komunikacija kućišta 5 sa ulazom 3a kompresora 3 ili izlaza 2b turbine 2 sa kućištem 5.

[0068] Postrojenje 1 sadrži primarni izmenjivač 7 toplote koji se može selektivno dovesti u fluidnu komunikaciju sa izlazom 3b kompresora 3 ili sa ulazom 2a turbine 2.

[0069] U tu svrhu, drugi deo 8a dovodne cevi pruža se između izlaza 3b kompresora 3 i primarnog izmenjivača 7 toplote. Drugi deo 8b povratnih cevi pruža se između primarnog izmenjivača 7 toplote i ulaza 2a turbine 2. Ventil ili sistem ventila je operativno postavljen na delove 8a, 8b kako bi se naizmenično uspostavljala fluidna komunikacija primarnog izmenjivača 7 toplote sa ulazom 2a turbine 2 ili izlaza 3b kompresora 3 sa primarnim izmenjivačem 7 toplote.

[0070] Rezervoar 9 je u fluidnoj komunikaciji sa primarnim izmenjivačem 7 toplote i konfigurisan je da akumulira radni fluid u tečnoj ili superkritičnoj fazi. Rezervoar 9 je poželjno izrađen od metala, sa spoljašnjim zidom cilindričnog ili sfernog oblika.

[0071] Sekundarni izmenjivač 10 toplote je operativno aktivan između primarnog izmenjivača 7 toplote i rezervoara 9, ili u samom rezervoaru 9, i konfigurisan je da deluje na uskladišteni radni fluid ili u fazi punjenja u rezervoaru 9.

[0072] Prema onom prikazanom u tehničkom rešenju sa slike 1, sekundarni izmenjivač 10 toplote je integrisan u rezervoar 9 u tom smislu da ima svoj deo 11 za razmenu toplote smešten unutar rezervoara 9 i konfigurisan da bude u kontaktu sa radnim fluidom sadržanim u navedenom rezervoaru 9.

[0073] Treći deo 12a dovodnih cevi i prvi deo 12b povratnih cevi pružaju se između primarnog izmenjivača 7 toplote i rezervoara 9 kako bi se navedeni primarni izmenjivač 7 toplote doveo u fluidnu komunikaciju sa navedenim rezervoarom 9 i sa navedenim sekundarnim izmenjivačem 10 toplote.

[0074] Ventil ili sistem ventila je operativno postavljen na delovima 12a, 12b kako bi se naizmenično uspostavljala fluidna komunikacija kompresora 3 sa primarnim izmenjivačem 7 toplote i sa rezervoarom 9, ili primarnog izmenjivača 7 toplote i rezervoara 9 sa turbinom 2.

[0075] [0042] Postrojenje 1 takođe sadrži dodatni izmenjivač 13 toplote koji je operativno postavljen između turbine 2 i kućišta 5, kao i dalji izmenjivač 220 toplote koji prima toplotu iz dodatnog izvora 230 toplote. Dalji izmenjivač 220 toplote je smešten na drugom delu 8b dovodnih cevi, između ulaza 2a turbine 2 i primarnog izmenjivača 7 toplote. Dodatni izvor 230 toplote je, kao neograničavajući primer, solarni izvor (npr. solarno polje), industrijska rekuperacija preostale toplote (rekuperacija otpadne toplote), izduvna toplota gasne turbine, itd.

[0076] Cevi za dovod obuhvataju odgovarajući prvi, drugi i treći deo 6a, 8a, 12a. Povratne cevi stoga sadrže odgovarajuće prvi, drugi i treći deo 12b, 8b, 6b.

[0077] Prvi zaobilazni vod 310 je konfigurisan da povezuje izlaz kompresora 3 sa daljim izmenjivačem 220 toplote i da zaobilazi primarni izmenjivač 7 toplote i rezervoar 9. Prvi zaobilazni vod 310 povezuje drugi deo 8a dovodnih cevi sa drugim delom 8b povratnih cevi i opremljen je odgovarajućim prvim ventilom 311.

[0078] Drugi zaobilazni vod 320 je konfigurisan da povezuje izlaz 2b turbine 2 sa ulazom 3a kompresora 3 i da zaobilazi kućište 5. Drugi zaobilazni vod 320 povezuje prvi deo 6a dovodnih cevi sa trećim delom 6b povratnih cevi i opremljen je odgovarajućim drugim ventilom 321.

[0079] Prvi i drugi zaobilazni vod 310, 320 su sposobni da ograniče zatvoreni krug koji sadrži kompresor 3, turbinu 2, dodatni izmenjivač 13 toplote i dalji izmenjivač 220 toplote.

[0080] Postrojenje 1 takođe sadrži jedinicu za upravljanje, koja nije prikazana, operativno povezanu sa različitim elementima samog postrojenja 1 i konfigurisanu/programiranu za upravljanje njegovim radom.

[0081] Postrojenje 1 je konfigurisano da radi u konfiguraciji punjenja ili u konfiguraciji pražnjenja, odnosno da izvršava postupak koji obuhvata fazu punjenja energije i fazu pražnjenja i generisanja energije.

[0082] Postrojenje 1 je takođe konfigurisano da u zatvorenom krugu izvodi zatvoreni termodinamički ciklus (TC), na primer Brajtonov ciklus.

[0083] Konfiguracija prikazana na slici 1 predstavlja konfiguraciju/fazu punjenja sa istovremenim zatvorenim termodinamičkim ciklusom (TC).

[0084] [0051] Postrojenje 1 polazi iz prvog stanja u kojem je radni fluid (CO<2>) u gasovitom obliku u potpunosti sadržan u kućištu 5 pri atmosferskom pritisku ili suštinski atmosferskom pritisku i pri temperaturi suštinski jednakoj sobnoj temperaturi (tačka A T–S dijagrama sa slike 2). Kućište 5 se putem sistema ventila dovodi u komunikaciju sa ulazom 3a kompresora 3. Dodatno, putem sistema ventila, primarni izmenjivač 7 toplote se dovodi u fluidnu komunikaciju sa izlazom 3b kompresora 3. Motor 4 pokreće kompresor 3 kako bi komprimovao radni fluid koji dolazi iz kućišta 5. Radni fluid se komprimuje u kompresoru 3 putem kompresije za međuhlađenje i zagreva se (od A do B na T–S dijagramu sa slike 2).

[0085] Upravljanjem ventilima, deo radnog fluida (npr. 70 %) usmerava se ka primarnom izmenjivaču 7 toplote, dok drugi deo (na primer 30 %) protiče kroz prvi zaobilazni vod 310 i teče ka daljem izmenjivaču 220 toplote.

[0086] Primarni izmenjivač 7 toplote radi kao hladnjak za odvođenje toplote iz komprimovanog radnog fluida, njegovo hlađenje (tačka C T–S dijagrama sa slike 2) i skladištenje toplotne energije uklonjene iz navedenog radnog fluida. U tački C, radni fluid se nalazi na temperaturi nižoj od kritične temperature tog fluida i u tački na desnoj strani Andrevsove krive ili blago izvan krive u uslovima blagog pregrevanja. Navedena kompresija može biti adijabatska, međuhlađena ili izotermna.

[0087] U varijantama tehničkih rešenja, koja nisu detaljno prikazana, predviđeno je odvođenje toplote iz radnog fluida u primarnom izmenjivaču 7 do dovođenja fluida, u T–S dijagramu, na temperaturu višu od kritične temperature i iznad Andrevsove krive.

[0088] Radni fluid ulazi u rezervoar 9, gde sekundarni izmenjivač 10 toplote, koji u ovoj konfiguraciji radi kao hladnjak, odvodi dodatnu toplotu iz radnog fluida i skladišti dodatnu toplotnu energiju. Radni fluid prolazi kroz zonu zasićene pare sve dok ne dostigne tečnu fazu (tačka D T–S dijagrama sa slike 2). Rezervoar 9 stoga skladišti radni fluid u tečnoj fazi pri temperaturi nižoj od njegove kritične temperature Tc. U ovom drugom stanju, radni fluid (CO<2>, Tc = 31 °C) u tečnom obliku, npr. na 20 °C, u potpunosti je sadržan u rezervoaru 9. Sekundarni izmenjivač 10 toplote i primarni izmenjivač 7 toplote su stoga konfigurisani da ostvaruju subkritičnu transformaciju radnog fluida na takav način da se navedeni radni fluid akumulira u rezervoaru 9 u tečnoj fazi.

[0089] U vrijantama tehničkih rešenja, koji nisu detaljno prikazani, predviđeno je odvođenje toplote iz radnog fluida u sekundarnom izmenjivaču toplote 10, čime se radni fluid dovodi u superkritičnu fazu i navodi da prati desni deo Andrevsove krive.

[0090] [0057] Deo radnog fluida (30 %) koji radi u okviru zatvorenog termodinamičkog ciklusa (TC) zagreva se u daljem izmenjivaču toplote 220 (do tačke E T–S dijagrama sa slike 2), zatim ulazi u turbinu 2 gde se širi i hladi (do tačke F T–S dijagrama sa slike 2). Turbina 2 transformiše energiju radnog fluida u električnu energiju putem generatora 4b i/ili u mehaničku energiju u pogonskoj mašini 300. Deo radnog fluida se zatim hladi u dodatnom izmenjivaču 13 toplote (i vraća u tačku A T–S dijagrama sa slike 2), prolazi kroz drugi zaobilazni vod 320 i ponovo se uvodi u kompresor 3 kako bi započeo novi zatvoreni termodinamički ciklus (TC).

[0091] U tehničkom rešenju prikazanom na slikama 1 i 3, dodatni izmenjivač 13 toplote je postavljen na trećem delu 6b povratnih cevi i stoga radi u zatvorenom termodinamičkom ciklusu (TC), ali ne deluje na radni fluid koji se skladišti u konfiguraciji/fazi punjenja.

[0092] Kada se faza punjenja završi i 70 % radnog fluida akumulira u rezervoaru 9, zatvoreni termodinamički ciklus (TC) sa preostalih 30 % može se i dalje odvijati zahvaljujući toploti obezbeđenoj dodatnim izvorom 230 toplote.

[0093] Konfiguracija prikazana na slici 3 predstavlja konfiguraciju/fazu pražnjenja sa istovremenim zatvorenim termodinamičkim ciklusom (TC).

[0094] Postrojenje 1 polazi iz drugog stanja (tačka G T–S dijagrama sa slike 4). Kućište 5 se putem sistema ventila dovodi u komunikaciju sa izlazom 2b turbine 2. Dodatno, putem sistema ventila, primarni izmenjivač 7 toplote se dovodi u fluidnu komunikaciju sa ulazom 2a turbine 2.

[0095] Sekundarni izmenjivač 10 toplote radi kao grejač i prenosi deo toplote, prethodno uskladištene u konfiguraciji punjenja, na radni fluid u rezervoaru 9. Radni fluid prolazi kroz zonu zasićene pare sve dok ne dostigne parnu fazu (tačka H T–S dijagrama sa slike 4). Radni fluid zatim prolazi kroz primarni izmenjivač 7 toplote, koji sada radi kao grejač i prenosi dodatnu toplotu, prethodno uskladištenu u konfiguraciji punjenja, na radni fluid i zagreva ga (tačka I T–S dijagrama sa slike 4).

[0096] Radni fluid potom prolazi kroz dalji izmenjivač 220 toplote (koji prima toplotu iz dodatnog izvora 230 toplote) i dodatno se zagreva (do tačke L T–S dijagrama sa slike 4).

[0097] Zagrejan radni fluid ulazi u turbinu 2, gde se širi i hladi (tačka M T–S dijagrama sa slike 4) i uzrokuje rotaciju turbine 2. Generator 4b spregnut sa turbinom 2 i pogonska mašina 300 pokreću se pomoću turbine 2 koju pokreće radni fluid tokom ekspanzije. Ekspanzija radnog fluida u turbini može biti adijabatska, sa međuzagrevanjem ili izotermna.

[0098] Radni fluid koji izlazi iz turbine 2 hladi se u dodatnom izmenjivaču 13 toplote (tačka N T– S dijagrama sa slike 4). Dodatni izmenjivač 13 toplote (postavljen na trećem delu 6b povratnih cevi) radi u zatvorenom termodinamičkom ciklusu (TC) i takođe deluje na radni fluid koji se prazni u konfiguraciji/fazi pražnjenja. U daljim tehničkim rešenjima, koja nisu detaljno prikazana, predviđeno je da dodatni izmenjivač 13 toplote bude postavljen na prvom delu 6a dovodnih cevi ili i na prvom delu 6a dovodnih cevi i/ili na trećem delu 6b povratnih cevi.

[0099] U ovom trenutku, upravljanjem ventilima, deo radnog fluida (na primer 70 %) usmerava se ka kućištu 5 i vraća se u kućište 5 pri atmosferskom pritisku ili suštinski atmosferskom pritisku. Drugi deo (npr.30 %) protiče kroz drugi zaobilazni vod 320 i ponovo se usmerava ka kompresoru 3, a zatim kroz prvi zaobilazni vod 310, kako bi se ponovo izvršio zatvoreni termodinamički ciklus (TC).

[0100] Kada se faza pražnjenja završi i 70 % radnog fluida akumulira u kućištu 5, zatvoreni termodinamički ciklus (TC) sa preostalih 30 % može se i dalje odvijati zahvaljujući toploti koja se dovodi iz dodatnog izvora 230 toplote.

[0101] Na primer, temperatura radnog fluida (CO<2>) uskladištenog u rezervoaru 9 iznosi 24 °C, a pritisak radnog fluida uskladištenog u rezervoaru 9 iznosi 65 bar. Gustina CO<2>na 25 °C i pri atmosferskom pritisku iznosi oko 1,8 kg/m<3>. Gustina CO<2>u rezervoaru 9 iznosi oko 730 kg/m<3>. Odnos između gustine radnog fluida kada je sadržan u rezervoaru 9 u gore navedenim uslovima i gustine istog radnog fluida kada je sadržan u kućištu 5 pri atmosferskim uslovima stoga iznosi oko 400. S tim u vezi, primećuje se da bi, ukoliko bi se umesto CO<2>koristio atmosferski vazduh skladišten u rezervoaru 9 pri 65 bar i 24 °C, njegova gustina iznosila samo oko 78 kg/m<3>, a zapremina rezervoara 9 koja bi bila teorijski neophodna bila bi približno deset puta veća.

[0102] Primarni izmenjivač 7 toplote može biti toplotni regenerator sa fiksnim slojem koji obuhvata toplotnu masu formiranu, na primer, od metalnih sfera. U konfiguraciji/fazi punjenja, toplotna masa je izložena toplom i komprimovanom radnom fluidu, koji predaje toplotu metalnim sferama koje akumuliraju toplotnu energiju. U konfiguraciji/fazi pražnjenja, toplotna masa je izložena hladnom radnom fluidu, koji preuzima toplotu od metalnih sfera i zagreva se. U varijanti koja nije prikazana, toplotni regenerator može biti i tipa sa pokretnim slojem. Primarni izmenjivač 7 toplote stoga predstavlja toplotno skladište (Skladište termalne energije, TES). Umesto toplotnog regeneratora sa fiksnim slojem, mogu biti prisutni i drugi tipovi, kao što su oni prikazani u javnom dokumentu WO/2020/039416, na ime istog podnosioca prijave.

[0103] Takođe, različiti tipovi sekundarnog izmenjivača 10 toplote prikazani su, na primer, u javnom dokumentu WO/2020/039416, na ime istog podnosioca prijave.

[0104] Slika 5 prikazuje varijantu postrojenja 1. Ovde su vidljivi glavni elementi zajednički sa slikom 1, i to: turbina 2, kompresor 3, motor 4a, generator 4b, pogonska mašina 300, kućište 5, primarni izmenjivač 7 toplote (skladište toplotne energije TES), rezervoar 9, sekundarni izmenjivač 10 toplote, dalji izmenjivač 220 toplote i dodatni izmenjivač 13 toplote.

[0105] U ovoj varijanti, sekundarni izmenjivač 10 toplote je postavljen između primarnog izmenjivača 7 toplote i rezervoara 9, odnosno nije integrisan u rezervoar 9. Sekundarni izmenjivač 10 toplote je linijski postavljen na trećem delu 12a dovodnih cevi i na prvom delu 12b povratnih cevi.

[0106] Sekundarni izmenjivač 10 toplote prikazan na slici 5 sadrži sekundarni krug 20 kroz koji protiče sekundarni fluid, na primer voda. Sekundarni krug 20 ima deo 11 za razmenu toplote koji je izložen radnom fluidu koji protiče kroz treći deo 12a dovodnih cevi i prvi deo 12b povratnih cevi i koji je podešen za razmenu toplote sa radnim fluidom.

[0107] Sekundarni krug 20 sadrži sekundarnu komoru 200 za skladištenje, namenjenu za topli sekundarni fluid akumuliran nakon oduzimanja toplote radnom fluidu u konfiguraciji/fazi punjenja uređaja/postupka, kao i za hladni sekundarni fluid akumuliran nakon predaje toplote radnom fluidu u konfiguraciji/fazi pražnjenja uređaja/postupka. Gore navedena sekundarna komora 200 za skladištenje je takođe povezana sa radijatorom 23 koji je opremljen jednim ili više ventilatora 24 postavljenih na recirkulacioni kanal koji, na primer, hladi sekundarni fluid tokom noći i zagreva ga tokom dana. Gore navedena sekundarna komora 200 za skladištenje je takođe povezana, preko odgovarajućeg kruga 210, sa dodatnim izmenjivačem 13 toplote i sa međuhladnjacima 322 spregnutim sa kompresorom 3.

[0108] Postrojenje 1 takođe sadrži rekuperator 400 koji je operativno aktivan između primarnog izmenjivača 7 toplote i daljeg izmenjivača 220 toplote, kao i između izlaza iz turbine 2 i dodatnog izmenjivača 13 toplote. Rekuperator 400 je stoga operativno povezan sa drugim i trećim delom 8b, 6b povratnih cevovoda i omogućava realizaciju rekuperativnog zatvorenog termodinamičkog ciklusa (TC).

[0109] Slike 6–11 prikazuju dalju varijantu postrojenja 1 i postupka prema predmetnom pronalasku. Za razliku od postrojenja 1 i postupka sa slika 1–4, postrojenje 1 ove varijante omogućava realizaciju zatvorenog termodinamičkog ciklusa (TC) sa nižim i višim pritiscima koji su različiti, redom, od maksimalnog i minimalnog pritiska ciklične termodinamičke transformacije (CTT) u konfiguraciji/fazi punjenja i u konfiguraciji/fazi pražnjenja. Konkretno, viši pritisak je niži od maksimalnog pritiska ciklične termodinamičke transformacije (CTT) u konfiguraciji/fazi punjenja. Niži pritisak je viši od minimalnog pritiska ciklične termodinamičke transformacije (CTT) u konfiguraciji/fazi pražnjenja, po izboru viši od atmosferskog pritiska.

[0110] U tu svrhu, postrojenje 1 sadrži dodatni kompresor 3’, dodatnu turbinu 2’ i primarni dodatni izmenjivač 7’ toplote. Pored toga, motor 4a i generator 4b su definisani jedinstvenim motor generatorom 4 koji je putem odgovarajućih prenosa povezan sa kompresorom 3, dodatnim kompresorom 3’, turbinom 2 i dodatnom turbinom 2’. Uređaji za spajanje, na primer frikcionog tipa, postavljeni su između motor-generatora 4 i turbine 2 i dodatne turbine 2’, kao i između motorgeneratora 4 i kompresora 3 i dodatnog kompresora 3’, i konfigurisani su za povezivanje i razdvajanje, po komandi, navedenih rotacionih mašina sa/od motor-generatora 4.

[0111] Primarni dodatni izmenjivač 7’ toplote je smešten između primarnog izmenjivača 7 toplote i sekundarnog izmenjivača 10 toplote ili, drugim rečima, operativan je na trećem delu 12a dovodnih cevi i na prvom delu 12b povratnih cevi. Takođe, primarni dodatni izmenjivač 7’ toplote može biti skladište toplotne energije (Skladište toplotne energije, TES).

[0112] Dodatni kompresor 3’ je smešten između primarnog izmenjivača 7 toplote i sekundarnog izmenjivača 10 toplote, odnosno operativan je na trećem delu 12a dovodnih cevi i na prvom delu 12b povratnih cevi. Primarni izmenjivač 7 toplote je u fluidnoj komunikaciji sa ulazom 3’a dodatnog kompresora 3’, dok je izlaz 3’b dodatnog kompresora 3’ u fluidnoj komunikaciji sa primarnim dodatnim izmenjivačem 7’ toplote.

[0113] Dodatna turbina 2’ je smeštena između primarnog izmenjivača 7 toplote i sekundarnog izmenjivača 10 toplote, odnosno primarni dodatni izmenjivač 7’ toplote je u fluidnoj komunikaciji sa ulazom 2’a dodatne turbine 2’, dok je izlaz 2’b dodatne turbine 2’ u fluidnoj komunikaciji sa primarnim izmenjivačem 7 toplote.

[0114] U ovom tehničkom rešenju, kroz primarni izmenjivač 7 toplote prolazi samo jedna cev 500 ili prolazi više cevi 500 koje obavljaju i funkciju dovoda, kada je postrojenje 1 u konfiguraciji/fazi punjenja, i funkciju povrata, kada je postrojenje 1 u konfiguraciji/fazi pražnjenja. Drugi deo 8a dovodnih cevi i drugi deo 8b povratnih cevi međusobno su povezani i povezani sa jednom cevi 500 na jednoj strani primarnog izmenjivača 7 toplote. Treći deo 12a dovodnih cevi i prvi deo 12b povratnih cevi međusobno su povezani i povezani sa jednom cevi 500 na drugoj strani primarnog izmenjivača 7 toplote. Pored toga, prvi deo 6a dovodnih cevi i treći deo 6b povratnih cevi objedinjeni su u jedan kanal 600 povezan sa kućištem 5.

[0115] [0082] Dodatni izmenjivač 13’ toplote smešten je na navedenom jedinstvenom kanalu 600. Zatvoreni krug je definisan prvim delom 6a dovodnih cevi, drugim delom 8a dovodnih cevi, drugim delom 8b povratnih cevi i trećim delom 6b povratnih cevi. Zatvoreni krug sadrži ili kroz njega prolaze: kompresor 3, dalji izmenjivač 220 toplote, turbina 2 i dodatni izmenjivač 13 toplote.

[0116] U konfiguraciji/fazi punjenja, predviđeno je sabijanje radnog fluida kako u kompresoru 3, tako i u dodatnom kompresoru 3’, kao i uvođenje sabijenog radnog fluida kroz primarni izmenjivač 7 toplote, primarni dodatni izmenjivač 7’ toplote i sekundarni izmenjivač 10 toplote (slike 8 i 9).

[0117] U konfiguraciji/fazi pražnjenja, predviđeno je širenje radnog fluida u turbini 2 i u dodatnoj turbini 2’, kao i uvođenje radnog fluida koji dolazi iz rezervoara kroz sekundarni izmenjivač 10 toplote, primarni dodatni izmenjivač 7’ toplote i primarni izmenjivač 7 toplote (slike 10 i 11).

[0118] Dodatni kompresor 3’ i dodatna turbina 2’ stoga nisu deo zatvorenog kruga i/ili zatvorenog termodinamičkog ciklusa (TC, slike 6 i 7).

[0119] Slika 12 prikazuje dalju varijantu, sličnu onoj sa slike 5, ali, kao i kod postrojenja sa slika 6-11, takva konfiguracija omogućava pokretanje zatvorenog termodinamičkog ciklusa (TC) sa nižim i višim pritiscima koji su različiti, redom, od maksimalnog i minimalnog pritiska ciklične termodinamičke transformacije (CTT) u konfiguraciji/fazi punjenja i u konfiguraciji/fazi pražnjenja. T-S dijagram koji se odnosi na takve transformacije prikazan je na slici 13. Za razliku od slike 5, pomoćna turbina 2’ je smeštena na prvom delu 12b povratnih cevi, a pomoćni kompresor 3’ je smešten na trećem delu cevi 12a za dovod. Primarni dodatni izmenjivač 7’ toplote operativan je i na prvom delu 12b povratnih cevi i na trećem delu 12a dovodnihcevi.

[0120] Slika 14 prikazuje dalju varijantu u kojoj je zatvoreni termodinamički ciklus (TC) ciklus toplotne pumpe. Kompresor 3 nije međuhlađen, dok je turbina 2 sa više stadijuma i poseduje više međuhlađenja. Generisana toplota se prenosi korisniku putem dodatnog izmenjivača 220 toplote.

[0121] Slika 15 prikazuje varijantu postrojenja sa slike 3 u konfiguraciji/fazi pražnjenja sa simultanim zatvorenim termodinamičkim ciklusom (TC).

[0122] U odnosu na ono što je opisano sa upućivanjem na sliku 3, postrojenje sa slike 15 takođe obuhvata pumpu 25 postavljenu na prvom delu 12b povratnih cevi, tj. između sekundarnog izmenjivača 10 toplote i primarnog izmenjivača 7 toplote. Funkcija pumpe 25 jeste povećanje pritiska u konfiguraciji/fazi pražnjenja (sa G na G′, kao što je prikazano na slici 16), tako što usisava tečni radni fluid iz rezervoara 9 i potiskuje ga na viši pritisak, čak i u superkritične uslove, kako bi se obezbedio veći gradijent ekspanzije. Na taj način se povećava specifični rad ciklusa, što omogućava smanjenje zapremine rezervoara za skladištenje pri istoj uskladištenoj energiji.

[0123] [0090] Postrojenje sa slike 16 takođe ilustruje gore navedeno međuzagrevanje koje se ostvaruje između stepena turbine 2 pomoću kola 26 za međuzagrevanje (prikazanog na slici 15). Kolo 26 za međuzagrevanje povezuje turbinu 2 sa dodatnim izmenjivačem 220 toplote. U ovom tehničkom rešenju, u konfiguraciji/fazi pražnjenja radni fluid koji se širi u turbini 2 (od L′ do L″, a zatim od L‴ do M′ na slici 16) se zagreva (od L″ do L‴ na slici 16) približno na polovini ekspanzije pomoću toplote dodatnog izvora 230 toplote. Međuzagrevanje (ponovno zagrevanje) približno na polovini ekspanzije služi za povećanje specifičnog rada unutar ciklusa. I ovo omogućava smanjenje zapremine rezervoara za skladištenje pri istoj uskladištenoj energiji.

[0124] Kao što se može uočiti u ovom tehničkom rešenju, deo fluida koji radi u zatvorenom termodinamičkom ciklusu (TC) prati putanju I–H–G na T–S dijagramu i u konfiguraciji/fazi pražnjenja (prikazanoj na slici 16).

[0125] U daljim varijantama, koje nisu prikazane na slikama, postrojenje 1 može alternativno obuhvatati pumpu 25 ili kolo 26 za međuzagrevanje.

[0127] Spisak pozivnih oznaka

[0129]

[0130] 1 postrojenje za skladištenje energije

[0131] 2 turbina

[0132] 2’ dodatna turbina

[0133] 2a ulaz turbine

[0134] 2b izlaz turbine

[0135] 3 kompresor

[0136] 3’ dodatni kompresor

[0137] 3a ulaz kompresora

[0138] 3b izlaz kompresora

[0139] 4 motor generator

[0140] 4a motor

[0141] 4b generator

[0142] 5 kućište

[0143] 6a prvi deo dovodnivh cevi

[0144] 6b treći deo povratnih cevi

[0145] 7 primarni izmenjivač toplote

[0146] ’ primarni dodatni izmenjivač toplote

[0147] a drugi deo dovodnih cevi

[0148] b drugi deo povratnih cevi

[0149] rezervoar

[0150] 0 sekundarni izmenjivač toplote

[0151] 1 deo za razmenu toplote sekundarnog izmenjivača toplote 2a treći deo dovodnih cevi

[0152] 2b prvi deo povratnih cevi

[0153] 3 dodatni izmenjivač toplote

[0154] 3’ dodatni pomoćni izmenjivač toplote

[0155] 0 sekundarni krug

[0156] 3 radijator

[0157] 4 ventilatori

[0158] 5 pumpa

[0159] 6 kolo za međuzagrevanje

[0160] 00 sekundarna komora za skladištenje

[0161] 10 kolo dodatnog izmenjivača toplote

[0162] 20 dalji izmenjivač toplote

[0163] 30 dodatni izvor toplote

[0164] 00 pogonska mašina

[0165] 10 prvi zaobilazni vod

[0166] 11 prvi ventil

[0167] 20 drugi zaobilazni vod

[0168] 21 drugi ventil

[0169] 22 međuhladnjaci

[0170] 00 rekuperator

[0171] 00 jedna cev

[0172] 00 jedan kanal

Claims (9)

1. Patentni zahtevi

1. Postrojenje za proizvodnju i skladištenje energije, koje sadrži:

radni fluid koji nije atmosferski vazduh;

kućište (5) konfigurisano za skladištenje radnog fluida u gasovitoj fazi i u ravnoteži pritiska sa atmosferom;

rezervoar (9) konfiguisan za skladištenje navedenog radnog fluida u tečnoj ili superkritičnoj fazi sa temperaturom bliskom kritičnoj temperaturi, pri čemu je navedena kritična temperatura bliska ambijentalnoj temperaturi, poželjno između 0 °C i 100 °C;

kompresor (3) i motor mehanički povezane jedan sa drugim;

turbinu (2) i generator (4b) i/ili pogonsku mašinu (300) mehanički povezane jedan sa drugim; pri čemu je navedeno kućište (5) spolja u kontaktu sa atmosferom i unutar sebe ograničava zapreminu konfigurisanu da sadrži radni fluid na atmosferskom pritisku ili približno atmosferskom pritisku, pri čemu je navedena zapremina selektivno u fluidnoj komunikaciji sa ulazom (3a) kompresora (3) ili sa izlazom (2b) turbine (2);

primarni izmenjivač (7) toplote selektivno u fluidnoj komunikaciji sa izlazom (3b) kompresora (3) ili sa ulazom (2a) turbine (2), pri čemu je navedeni rezervoar (9) u fluidnoj komunikaciji sa primarnim izmenjivačem (7) toplote radi akumulacije radnog fluida;

sekundarni izmenjivač (10) toplote koji je operativno aktivan između primarnog izmenjivača (7) toplote i rezervoara (9) ili u navedenom rezervoaru (9);

dodatni izmenjivač (13) toplote operativno postavljen između kućišta (5) i kompresora (3) i/ili između kućišta (5) i turbine (2);

dodatni izmenjivač (220) toplote operativno postavljen između turbine (2) i primarnog izmenjivača (7) toplote;

pri čemu je postrojenje konfigurisano da izvodi zatvorenu cikličnu termodinamičku transformaciju (CTT), najpre u jednom smeru u konfiguraciji punjenja, a zatim u suprotnom smeru u konfiguraciji pražnjenja, između navedenog kućišta (5) i navedenog rezervoara (9); pri čemu u konfiguraciji punjenja postrojenje skladišti toplotu i pritisak, a u konfiguraciji pražnjenja postrojenje proizvodi energiju;

pri čemu je, u konfiguraciji punjenja, kućište (5) u fluidnoj komunikaciji sa ulazom (3a) kompresora (3), a primarni izmenjivač (7) toplote u fluidnoj komunikaciji sa izlazom (3b)

kompresora (3), turbina (2) miruje, motor (4a) radi i pokreće kompresor (3) da komprimuje radni fluid koji dolazi iz kućišta (5), primarni izmenjivač (7) toplote radi kao hladnjak da odvode toplotu iz komprimovanog radnog fluida, hladi ga i skladišti toplotnu energije, sekundarni izmenjivač (10) toplote radi kao hladnjak radi odvođenja dodatne toplote iz komprimovanog radnog fluida i skladištenja dodatne toplotne energije, rezervoar (9) prima i skladišti komprimovani i ohlađeni radni fluid, pri čemu radni fluid uskladišten u rezervoaru (9) ima temperaturu blisku sopstvenoj kritičnoj temperaturi;

pri čemu je, u konfiguraciji pražnjenja, kućište (5) u fluidnoj komunikaciji sa izlazom (2b) turbine (2), a primarni izmenjivač (7) toplote u fluidnoj komunikaciji sa ulazom (2a) turbine (2), kompresor (3) miruje, sekundarni izmenjivač (10) toplote radi kao grejač radi predaje toplote radnom fluidu koji dolazi iz rezervoara (9), primarni izmenjivač toplote (7) radi kao grejač radi predaje dodatne toplote radnom fluidu i njegovog zagrevanja, turbina (2) se obrće pod dejstvom zagrejanog radnog fluida i pokreće generator (4b) i/ili pogonjenu mašinu (300), proizvodeći energiju, radni fluid se vraća u kućište (5) na atmosferski ili približno atmosferski pritisak;

naznačeno time da je postrojenje dalje konfigurisano da definiše zatvoreno kolo i da izvodi zatvoreni termodinamički ciklus (TC) u navedenom zatvorenom kolu sa najmanje delom navedenog radnog fluida, po izboru dok je navedeno postrojenje (1) u konfiguraciji punjenja ili u konfiguraciji pražnjenja;

pri čemu je, u navedenom zatvorenom kolu, izlaz (3b) kompresora (3) u fluidnoj komunikaciji sa dodatnim izmenjivačem (220) toplote, izlaz (2b) turbine (2) u fluidnoj komunikaciji sa ulazom (3a) kompresora (3), a navedeni dodatni izmenjivač (13) toplote je operativno postavljen između izlaza (2b) turbine (2) i ulaza (3a) kompresora (3); pri čemu postrojenje sadrži:

prvi zaobilazni vod (310) koji sadrži odgovarajući prvi ventil (311), pri čemu je prvi zaobilazni vod (310) konfiguisan da poveže izlaz (3b) kompresora (3) sa dodatnim izmenjivačem (220) toplote i da zaobiđe primarni izmenjivač (7) toplote i rezervoar (9);

drugi zaobilazni vod (320) koji sadrži odgovarajući drugi ventil (321), pri čemu je drugi zaobilazni vod (320) konfiguisan da poveže izlaz (2b) turbine (2) sa ulazom (3a) kompresora (3) i da zaobiđe kućište (5).

2. Postrojenje prema patentnom zahtevu 1, pri čemu radni fluid ima sledeća hemijsko-fizička svojstva: kritičnu temperaturu između 0°C i 200°C, gustinu pri 25°C između 0,5 kg/m³ i 10 kg/m³; i/ili je poželjno izabrano iz grupe koja sadrži: CO₂, SF₆, N₂O.

3. Postrojenje prema patentnom zahtevu 1 ili 2, pri čemu je kućište (5) balon pod pritiskom.

4. Postrojenje prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 3, pri čemu se prvi ventil (311) i drugi ventil (321) mogu prigušivati radi podešavanja protoka radnog fluida u zatvorenom termodinamičkom ciklusu.

5. Postrojenje prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 4, koje sadrži rekuperator (400) operativno aktivan između primarnog izmenjivača (7) toplote i dodatnog izmenjivača (220) toplote i između izlaza (2b) turbine (2) i dodatnog izmenjivača (13) toplote.

6. Postrojenje prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 5, pri čemu je kompresor (3) višestepeni i međusobno hlađen.

7. Postrojenje prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 6, pri čemu je dodatni izmenjivač (220) toplote u fluidnoj vezi sa najmanje jednim stepenom turbine (2) radi međuzagrevanja navedene turbine (2).

8. Postrojenje prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 7, pri čemu je pumpa (25) postavljena između sekundarnog izmenjivača toplote (10) toplote i primarnog izmenjivača (7) toplote i konfigurisana za povećanje pritiska u konfiguraciji pražnjenja.

9. Postrojenje prema bilo kom od patentnih zahteva 1 do 8, koje sadrži dovodne cevi koje se prostiru od kućišta (5) do rezervoara (9) i povratne cevi koje se prostiru od rezervoara (9) do kućišta (5), pri čemu prvi zaobilazni vod (310) povezuje dovodne cevi sa povratnim cevima u blizini primarnog izmenjivača (7) toplote, a drugi zaobilazni vod (320) povezuje dovodne cevi sa povratnim cevima u blizini kućišta (5).