ES1291145U

ES1291145U - Dispositivo de almacenamiento trienergético trifásico

Info

Publication number: ES1291145U
Application number: ES202200123U
Authority: ES
Inventors: Hidalgo Jose Luis Aranda
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2022-03-17
Filing date: 2022-03-17
Publication date: 2022-05-30
Anticipated expiration: 2032-03-17
Also published as: ES1291145Y

Abstract

Dispositivo de almacenamiento trienergético trifásico para almacenamiento de energía caracterizado porque comprende: - Un cilindro (18), sumergido en un líquido (0), dentro del cual se desplaza un elemento sólido másico (3). En dicho cilindro hay dos cámaras, una superior (1) que está llena del líquido citado y otra inferior (2) que se llena de fluido compresible. Dicho cilindro dispone de orificios (24) para entrada y salida del líquido citado. - Un cierre hermético (23) entre el cilindro y el sólido másico citados para evitar que ambas cámaras se comuniquen. - Un elemento de sujeción (22) que une el sólido másico citado y con un elemento de transmisión de movimiento (5). Para facilitar esta unión y transmitir movimientos se dispondrá de un elemento de giro (4) - Un motor eléctrico (6) para accionar el elemento de transmisión de movimiento citado. - Un alternador (7) accionado por el elemento de transmisión de movimiento citado. - Tuberías (17) para que fluya el fluido compresible en un sentido o en otro. - Un ventilador o soplante (13) y un compresor (14) para inyectar fluido compresible en la cámara inferior del cilindro citados. - Un tanque (19), una turbina (15) a la que está acoplada un alternador (16) para gestionar energía contenida en el fluido compresible - Válvulas (8, 9, 10, 11, 12, 20 y 21) para realizar las maniobras de trasiego del fluido compresible.

Description

DESCRIPCIÓN

Dispositivo de almacenamiento trienergético trifásico

Objeto de la invención

La presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un dispositivo que, tomando energía eléctrica de una fuente, es capaz de almacenarla conjuntamente o independientemente en hasta tres modos de energía, en tres elementos que están independientemente en tres fases de estado de agregación de la materia, concretamente un sólido, un líquido y un fluido compresible, permitiendo gestionar y devolver de nuevo esa energía en forma de electricidad. Los modos de energía son: a) gravitacional másica de un sólido con una masa considerable (peso en altura): b) energía potencial hidráulica en forma de columna de un líquido; c) energía en forma de presión de un fluido compresible. Dicho dispositivo ha sido concebido y realizado en orden a utilizar energía eléctrica para almacenarla en tres formas de energía, y devolverlas a la red en forma de electricidad, suponiendo una nueva alternativa de almacenamiento energético no contemplada hasta ahora, con las numerosas y notables ventajas que ello supone para la gestión energética en orden a facilitar la penetración de las energías renovables no gestionables, complementando así a otros medios existentes de análogas finalidades.

El dispositivo está previsto para que cuando el sistema eléctrico nacional o un sistema eléctrico aislado lo requiera, pueda almacenar la energía eléctrica en otras formas de energía, como la gravitacional, potencial hidráulica y la de presión, pudiéndola devolver de nuevo en forma de energía eléctrica al sistema cuando éste la necesite.

El dispositivo está basado en varios elementos claves para almacenar y para devolver energías, como se describirá en detalle más abajo, tales como un elemento sólido con una masa considerable que acumulará energía potencial gravitacional cuando sea elevado y la devolverá cuando baje por su propio peso por la acción natural de la gravedad; un elemento de sujeción que conecta dicho elemento sólido a un elemento de transmisión de movimiento, el cual será, o bien accionado por un motor eléctrico para elevar el sólido másico, o bien, cuando baje dicho sólido, será accionado por el elemento de sujeción y transmitirá su movimiento a un alternador; un cilindro por el que se desplaza el sólido, sumergido en un líquido y con un cierre hermético para que no se comuniquen sus cámaras; un fluido compresible; una turbina de fluido compresible, pudiéndose ser de aire o gas, que lleva acoplada un alternador; tanque de almacenamiento; ventilador o soplante; compresor; tuberías y juego de válvulas permitirán las maniobras para la gestión de procesos. El modelo de utilidad, con todos estos elementos, contempla varias posibilidades de almacenar y devolver energías, pudiéndose prescindir de varios elementos y utilizar una versión reducida del modelo, ya que las posibilidades de almacenar y devolver energía que se brindan son complementarias pero no excluyentes.

Indicación del sector de la técnica al que se refiere la invención

El sector al que se refiere la invención es el sector industrial, concretamente al sector eléctrico, enfocado a las energías renovables, ayudando a su penetración en el sistema, gracias al almacenamiento energético que permite el modelo de utilidad.

Antecedentes de la invención

Se conocen algunos dispositivos accionados por motores que colocan objetos con masas considerables en altura y que luego se bajan aprovechando la fuerza de la gravedad, permitiendo entonces accionar dispositivos que llevan acoplados alternadores y cuyo giro permite generar electricidad pudiéndose inyectar en un sistema eléctrico. Estos sistemas están basados en el uso de grúas para elevar los objetos.

Se conocen otros modos de almacenar energía potencial como el bombeo hidráulico, con bastante madurez, en circuitos abiertos o cerrados. Los inconvenientes que presentan es la no escalabilidad por los requerimientos de la ubicación, los altos costes de construcción, sumados al fuerte impacto ambiental sobre el ecosistema.

Otra forma de almacenar energía conocida son las baterías de almacenamiento electroquímico. Sus desventajas son la alta huella de carbono que tienen sus materias primas, además de su escasez, sumado a que presentan inconvenientes de gestión o eliminación al final de su vida útil, suponiendo ser potencialmente residuos contaminantes. También presentan altos riesgos de seguridad durante su explotación que incrementan sus costes de operación y mantenimiento.

Existen otras tecnologías de almacenamiento como las baterías térmicas o de flujo. Las desventajas son su baja eficiencia y altos costes de inversión, operación y mantenimiento aparte de no ser modulares.

Los volantes de inercia es otra técnica de almacenar energía, cuyos inconvenientes son su baja eficiencia, altos costes de operación, contando con gran huella de carbono.

Por último, en cuanto a la energía almacenada en forma de presión, existen tecnologías mecánicas que utilizan el aire o gas comprimido.

Dicho todo lo anterior, se han encontrado formas de almacenar energía, más o menos parecidas a alguna parte del modelo de utilidad y de forma individualizada, pero no se han encontrado formas de almacenamiento energético agregadas cuya suma de bondades se unifiquen en un modelo de utilidad como el que se presenta en esta memoria, y que permita la gestión de energías también de forma desagregada en un mismo modelo.

Explicación de la invención

Para almacenar la energía, un motor eléctrico tomará energía eléctrica de una fuente y accionará un elemento de transmisión de movimiento, y éste elevará, gracias a un elemento de sujeción, un elemento sólido con una gran masa dentro de un cilindro, suponiendo un cierre hermético entre las paredes del sólido másico y el cilindro, de manera que no se comuniquen la cámara superior con la inferior de dicho cilindro, el cual estará sumergido en un líquido, que inunda sólo la cámara superior del mismo, estando estanca la cámara inferior gracias al cierre, para que pueda llenarse ésta de fluido compresible, como aire o gas. Dicho cilindro tendrá orificios que permitirán la salida del líquido sobrante en su cámara superior cuando se eleve el sólido másico. Un juego de válvulas permitirá que entre el fluido compresible, como aire o gas en la cámara inferior del cilindro, procedente, a demanda, de la atmósfera o un depósito contenedor de fluido compresible, bien directamente, bien impulsado por un ventilador o soplante accionado por un motor eléctrico, bien impulsado por un compresor accionado por un motor eléctrico. De esta manera se habrá conseguido transformar la energía eléctrica y almacenarla en tres formas de energía a) gravitacional másica de un sólido con una masa considerable (peso en altura del sólido); b) energía potencial hidráulica en forma de columna del líquido sobre el sólido en la cámara superior del cilindro; c) energía en forma de presión de un fluido compresible contenido en la cámara inferior del cilindro.

Cuando el sistema eléctrico necesite esa energía, ésta se devolverá a demanda, con posibilidad de hacerlo de forma independiente o conjunta a través de dos alternadores independientes, permitiéndose la posibilidad de devolver dichas formas de energías almacenadas, a través del alternador acoplado al elemento de transmisión de movimiento que será accionado por el elemento de sujeción del sólido, y/o a través del alternador acoplado a una turbina que turbine el fluido compresible, como puede ser una turbina de aire o gas. En este sentido, el modelo de utilidad permite independizar y prescindir, si se estima, de una u otra forma de devolver la energía en electricidad, o bien gestionarla de forma conjunta. Así pues, para devolver la energía, se dejará bajar el sólido, de forma que cuando baje éste debido a su peso, más el peso de la columna de líquido encima del mismo, gracias a la fuerza natural de la gravedad, será el que transmita su movimiento al elemento de sujeción, accionando éste a su vez el elemento de transmisión, el cual llevará acoplado un alternador, permitiendo enviar corriente eléctrica al sistema. En cuanto a la parte de la devolución de la energía acumulada en el fluido compresible de la cámara inferior, dicho sólido másico irá comprimiendo y desplazando el mismo camino hacia la turbina, donde el alternador acoplado a la misma, entregará dicha energía en forma de electricidad al sistema eléctrico. Se contempla, para aumentar las opciones de gestión de la energía, la posibilidad de llevar el fluido compresible y su energía a un tanque intermedio antes de turbinarlo, de modo que dicha energía quedaría almacenada en dicho tanque para ser entregada a la turbina, a demanda, cuando se requiera. Las tuberías y el juego de válvulas y las maniobras sobre ellas permitirán que se puedan llevar a cabo todos los procesos y opciones descritas.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 muestra el diagrama de proceso con todos los dispositivos básicos del dispositivo de almacenamiento de acuerdo con las características de la presente invención.

Descripción de una forma de realización preferida

A) Acumulación de energía: durante los periodos en los que hay un exceso de energía renovable a disposición del sistema, es decir, momentos en los que la oferta de generación de electricidad de fuentes renovables es mayor que la demanda de la red, dicho exceso, para no desaprovecharlo, se puede utilizar para poner en servicio el motor eléctrico (6) al cual va acoplado el elemento de transmisión de movimiento (5) que recoge el elemento de sujeción (22) (que podría ser un cable o cadena u otro) que eleva el elemento sólido másico (3) (pudiéndose ser un émbolo, pistón o similar) que está dentro del cilindro (18). Para facilitar la transmisión se dispone de un elemento de giro (4) (polea o similar). El cilindro (18) mediante orificios (24) permitirá ir evacuando el líquido (0) sobrante contenido en la cámara superior (1) del cilindro (18) conforme se eleva el elemento sólido másico (3), aunque siempre se quedará una columna de agua a considerar por su peso sobre el sólido, alojada en la cámara superior (1). A su vez, en paralelo, la cámara inferior (2) del cilindro se podrá ir llenando de fluido compresible de varias fuentes alternativas (por la válvula (8), con un ventilador o soplante (13) y/o con un compresor (14), tomando aire directamente de la atmósfera, o suministrando un fluido compresible que provenga por ejemplo de un tanque, no representado en la figura). Partiendo de todas las válvulas cerradas y a través de tuberías (17), abriendo las válvulas (9) y (8) se puede llenar la cámara inferior del cilindro (2) directamente de la atmósfera; o si se prefiere, también se puede llenar de fluido compresible, aire o gas, dicha cámara (2) de la siguiente manera: con la válvula (8) cerrada, abriendo la (10). Manteniendo abierta la (9) y poniendo en servicio el ventilador o soplante (13), cuyo motor eléctrico será movido también con el exceso energía renovable. Por otro lado, para acumular en la cámara inferior (2) más energía de presión del fluido compresible, como por ejemplo aire o gas, se puede utilizar el exceso de energía eléctrica de fuente renovable para poner en servicio el compresor (14), para lo cual, partiendo de nuevo de todas las válvulas del modelo cerradas, habría que abrir la (11) y la (9). Como se ha comentado anteriormente, de esta manera se habrá conseguido transformar la energía eléctrica almacenándola en un sólido, un líquido y un fluido compresible en tres formas de energía: a) gravitacional másica de un sólido con una masa considerable (peso en altura); b) energía potencial hidráulica en forma de columna del líquido en la cámara superior (1) del cilindro (18); c) energía en forma de presión de un fluido compresible contenido en la cámara inferior (2) del cilindro (18).

B) Devolución de la energía acumulada: Estando la energía almacenada, cuando el sistema eléctrico lo requiera, el modelo de utilidad permite entregar dicha energía acumulada en forma de electricidad de la siguiente manera: se permitirá, aprovechando la fuerza natural de la gravedad, que baje el elemento sólido másico (3) debido a su peso colocado en altura y la energía potencial de la columna de líquido contenida en la cámara (1) superior del cilindro sobre dicho sólido másico (3), de manera que el elemento de sujeción (22) del sólido másico (3) accionará el elemento de transmisión de movimiento (5) que llevará acoplado un alternador (7) cuyo giro permitirá inyectar electricidad a la red a la cual está acoplada. Para facilitar la transmisión se dispondrá de un elemento de giro (4). Los orificios (24) permitirán en este caso la entrada de agua. El cierre hermético (23) (pudiéndose ser un cierre mecánico o similar) hará su función para que no se comunique la cámara inferior (2) y la cámara superior (1) del cilindro de manera que no se mezcle el agua y el fluido compresible, en ningún caso, ni en el de acumulación de energía ni en el de devolución de la misma.

Por otro lado, el fluido compresible, que ya partía con una energía acumulada en forma de presión, se irá desplazando por tuberías (17), bien a una turbina de fluido compresible (15) si se abren las válvulas (21) y (12), permaneciendo las demás cerradas, a la cual estará acoplado un alternador (16), que podrá inyectar electricidad a la red. O bien, por estrategia, dicho fluido compresible en la cámara inferior (2) puede ser transportado por tuberías (17) cuando se va comprimiendo por el pistón (3), al tanque de almacenamiento (19) si se abren las válvulas (21) y (20) permaneciendo las demás cerradas, para posteriormente, desde dicho tanque llevarlo a la turbina de fluido compresible (15) abriendo las válvulas (20) y (12) estando el resto cerradas, permitiendo mayor gestionabilidad de la energía.

Indicación de la manera en que la invención es susceptible de aplicación industrial

La invención se puede aplicar a escala industrial con el dimensionamiento adecuado, gracias a su replicabilidad y escalabilidad, y a los elementos industrialmente conocidos que lo componen. Haciendo alusión al dibujo, el cilindro puede estar sumergido tanto en una fuente natural de agua subterránea como superficial, y dependiendo de la profundidad, y de la masa del sólido másico permitirá mayor o menor acumulación de energía. Su replicabilidad permitiría poner varios dispositivos en paralelo con distinto dimensionamiento, permitiendo mayor gestión de la energía.

El modelo de utilidad propuesto está alineado con la “Estrategia de Almacenamiento Energético” aprobada por Consejo de Ministros, a propuesta del Ministerio para la Transición Ecológica y el Reto Demográfico (MITECO) el 9 de febrero de 2021.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo de almacenamiento trienergético trifásico para almacenamiento de energía caracterizado porque comprende:

- Un cilindro (18), sumergido en un líquido (0), dentro del cual se desplaza un elemento sólido másico (3). En dicho cilindro hay dos cámaras, una superior (1) que está llena del líquido citado y otra inferior (2) que se llena de fluido compresible.

Dicho cilindro dispone de orificios (24) para entrada y salida del líquido citado.

- Un cierre hermético (23) entre el cilindro y el sólido másico citados para evitar que ambas cámaras se comuniquen.

- Un elemento de sujeción (22) que une el sólido másico citado y con un elemento de transmisión de movimiento (5). Para facilitar esta unión y transmitir movimientos se dispondrá de un elemento de giro (4).

- Un motor eléctrico (6) para accionar el elemento de transmisión de movimiento citado.

- Un alternador (7) accionado por el elemento de transmisión de movimiento citado.

- Tuberías (17) para que fluya el fluido compresible en un sentido o en otro.

- Un ventilador o soplante (13) y un compresor (14) para inyectar fluido compresible en la cámara inferior del cilindro citados.

- Un tanque (19), una turbina (15) a la que está acoplada un alternador (16) para gestionar energía contenida en el fluido compresible.

- Válvulas (8, 9, 10, 11, 12, 20 y 21) para realizar las maniobras de trasiego del fluido compresible.

2. Dispositivo de almacenamiento trienergético trifásico de acuerdo con la reivindicación 1, que prescinde de los elementos (21, 11, 14, 13, 10, 12, 20, 19, 15 y 16) citados en dicha reivindicación 1, y queda caracterizado porque comprende:

- Un elemento de sujeción (22) que une el sólido másico citado y con un elemento de transmisión de movimiento (5). Para facilitar esta unión y transmitir movimientos se dispone de un elemento de giro (4).

- Tuberías (17) para que fluya el fluido compresible en un sentido o en otro.

- Válvulas (8, 9) para realizar las maniobras de trasiego del fluido compresible.

3. Dispositivo de almacenamiento trienergético trifásico de acuerdo con la reivindicación 1, que prescinde de los elementos (4, 22, 5, 6, 7, 10 y 13) citados en dicha reivindicación 1, y queda caracterizado porque comprende:

- Tuberías (17) para que fluya el fluido compresible en un sentido o en otro.

- Un compresor (14) para inyectar fluido compresible en la cámara inferior del cilindro citados. - Un tanque (19), una turbina (15) a la que está acoplada un alternador (16) para gestionar energía contenida en el fluido compresible.

- Válvulas (8, 9, 11, 12, 20 y 21) para realizar las maniobras de trasiego del fluido compresible.