ES2257562T3 - Unidad movil de energia eolica y solar. - Google Patents

Unidad movil de energia eolica y solar.

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ES2257562T3 ES02747743T ES02747743T ES2257562T3 ES 2257562 T3 ES2257562 T3 ES 2257562T3 ES 02747743 T ES02747743 T ES 02747743T ES 02747743 T ES02747743 T ES 02747743T ES 2257562 T3 ES2257562 T3 ES 2257562T3
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Abstract

Central eléctrica móvil con un alojamiento transportable (1) provista de: una turbina eólica (2, 3, 4) y/o un panel de células solares (10) que contiene células solares y medios de almacenamiento (18) para almacenar energía eléctrica y entregar energía eléctrica, donde los medios de almacenamiento comprenden una batería (18); y donde la turbina eólica (2, 3, 4) y el panel solar (10) respectivamente, están conectados a los medios de almacenamiento (18) para suministrar energía eléctrica generada por la turbina eólica (2, 3, 4) y el panel solar (9, 10), respectivamente, a dichos medios de almacenamiento (18), caracterizada por el hecho de que los medios de almacenamiento además comprenden un sistema de hidrógeno (19, 22, 23, 24, 25), y donde el sistema de hidrógeno comprende un generador de hidrógeno (22), un tanque de hidrógeno (19), conectado al generador de hidrógeno (22), para almacenar el hidrógeno producido usando el generador de hidrógeno (22), y una célula de combustible (17), conectada al tanque de hidrógeno (19), para generar energía eléctrica mediante la oxidación del hidrógeno.

Description

Unidad móvil de energía eólica y solar.
La presente invención se refiere a una central eléctrica móvil que tiene una estructura transportable. La invención se refiere especialmente a una central según el preámbulo de la reivindicación 1.
Se conocen las centrales generadoras móviles que tienen una estructura transportable donde se alojan. Se puede considerar, por ejemplo, un generador de gasóleo que puede ser montado en un trailer o camión.
Las centrales generadoras móviles de este tipo son usadas en particular para generar energía, en particular energía eléctrica, en lugares donde no hay ninguna conexión al suministro de la red eléctrica. La desventaja de las centrales generadoras móviles conocidas es, no obstante, que éstas usan combustibles fósiles, tales como el gasóleo, para generar electricidad y que durante la combustión de estos combustibles fósiles se producen gases de escape que son liberados en el medio ambiente y se introducen así sustancias nocivas o al menos indeseables en el medio ambiente.
Una central eléctrica móvil según el preámbulo de la reivindicación 1 es conocida a partir de WO-A-94.20802.
Además, DE-3.708.637 expone una central eléctrica estática que tiene un motor/turbina de hidrógeno con un generador.
El objetivo de la presente invención es, en particular, proporcionar una central eléctrica móvil de aplicabilidad universal y que es capaz de generar energía sostenible en todas partes, sin necesidad de la presencia de suministro de una red eléctrica, y que puede continuar el suministro de energía eléctrica de manera autónoma incluso en ausencia de fuentes de energía externas, tales como el viento y el sol, y la ausencia de cualquier otro suministro de energía externa.
El objetivo anteriormente mencionado se consigue según la invención con una central eléctrica móvil según la reivindicación 1. La célula de hidrógeno, que también se denomina célula de combustible, contiene una membrana que asegura que el gas H_{2} se enlace con el gas O_{2} mediante una reacción redox, una reacción donde una corriente de electrones de 2 X H_{2} + O_{2} da 2 X H_{2} O. Ambos el H_{2} y el O_{2} sufren una transición de partículas neutras a partículas eléctricamente cargadas que liberan iones durante su transición.
Cuando se menciona la combustión en esta aplicación se refiere en particular a la oxidación del hidrógeno para obtener agua. Esto puede también denominarse conversión químicamente controlada de hidrógeno a agua.
La central eléctrica móvil según la invención es capaz de generar energía eléctrica mediante la turbina eólica y/o el panel de células solares y de suministrar esta energía eléctrica a un consumidor. Si el consumidor no requiere la energía eléctrica generada inmediatamente, o si la energía eléctrica generada es excesiva para la requerida en ese momento, la central eléctrica móvil según la invención es capaz de almacenar esta energía eléctrica generada en los medios de almacenamiento para posteriormente poder suministrar esta energía cuando hay demanda de energía eléctrica pero no hay viento ni sol para generar energía eléctrica mediante la turbina eólica o el panel solar, respectivamente, o cuando la demanda para la energía eléctrica es superior a la cantidad de energía que puede ser producida en ese momento por la turbina eólica o el panel solar, respectivamente. Con este fin los medios de almacenamiento comprenden una batería y un sistema de hidrógeno. La batería, que, por supuesto, puede consistir en varios acumuladores, tiene la desventaja de que ocupa un volumen relativamente grande pero tiene la ventaja de que es capaz de suministrar energía eléctrica inmediatamente cuando ésta sea requerida. El sistema de hidrógeno es capaz de formar un regulador de energía mucho más grande. Con este fin, este sistema de hidrógeno comprende un generador de hidrógeno que descompone el agua en hidrógeno y oxígeno mediante la energía eléctrica que se le suministra. Tal generador de hidrógeno puede ser una llamada unidad de descomposición de potasa cáustica. El sistema de hidrógeno además comprende un tanque de hidrógeno para almacenar el hidrógeno producido por el generador de hidrógeno. El hidrógeno puede después ser sacado del tanque de hidrógeno cuando hay una demanda de energía eléctrica, para alimentar este hidrógeno a una célula de hidrógeno donde el hidrógeno es quemado con la generación de energía eléctrica. La combustión de hidrógeno es una combustión limpia o una conversión limpia al 100% controlada químicamente de hidrógeno a agua, que casi no tiene o no tiene desventajas asociadas para el medio ambiente. La batería preferiblemente también será activamente conectada a la célula de hidrógeno con el objetivo de ser capaz de llevar esta célula de hidrógeno al estado de funcionamiento desde su estado fijo cuando hay una demanda de energía eléctrica. Una central eléctrica móvil de este tipo puede de forma relativamente fácil, por una parte, ser diseñada de forma que pueda ser colocada en su totalidad en, por ejemplo, un contenedor marítimo de 40 pies y, por otro lado, que sea capaz de proporcionar a un hogar la energía eléctrica adecuada.
Una central eléctrica móvil según la invención comprende además ventajosamente un panel recolector solar que está activamente conectado a una caldera para agua caliente. De esta manera la central eléctrica móvil es también capaz de suministrar agua caliente, calentando el agua en la caldera por el calor capturado en el panel colector solar, y de dispensar agua para calentar en dicha caldera. Esta unidad entera puede también además fácilmente ser colocada en dicho contenedor de 40 pies, mientras que la capacidad de sumimistrar agua caliente es adecuada para un hogar promedio.
Para permitir que la central eléctrica móvil funcione de manera autónoma, es preferible según la invención que ésta tenga un tanque de agua para el agua de lluvia, el cual es activamente conectado por medio de un sistema de filtro, preferiblemente del tipo membrana, al generador de hidrógeno al igual que preferiblemente también a la caldera. De esta manera la conexión de la central eléctrica móvil al suministro de agua es superflua y salvo en el caso de una cantidad de lluvia inadecuada, un suministro de agua puede ser completamente dispensable.
Según una forma de realización ventajosa de la invención, el alojamiento transportable es un contenedor, tal como un contenedor de cargas de 20, 30 o 40 pies o un contenedor marítimo de 20, 30 o 40 pies. Tales contenedores son relativamente poco costosos y están fácilmente disponibles y tienen la ventaja muy significante de que por sus dimensiones estándar pueden ser colocados en camiones, trenes y barcos fácilmente y transportados a su destino.
La turbina eólica puede ser alzada separadamente del alojamiento. No obstante, con el propósito de un alzado simple, rápido y fiable de la central eléctrica móvil en el destino, es preferible que la turbina eólica sea montada encima del alojamiento y que se extienda desde el techo del alojamiento, o al menos que pueda ser llevada a una posición activa que se extiende hacia arriba desde el techo del alojamiento. Con esta disposición la turbina eólica, en particular la columna sobre la que se instala el rotor, puede extenderse a través del techo del alojamiento para fijarse a la base del alojamiento o a algún otro alojamiento interior. Con el objetivo de, por una parte, obtener un alojamiento transportable que sea fácil de mover manualmente y, por otra parte, un alojamiento que sea estable en la posición preparada para el uso, es preferible según la invención que el alojamiento tenga una estructura base en forma de bloque y que se proporcionen soportes extensibles en los lados opuestos, en particular los lados opuestos longitudinales, del alojamiento. Los soportes extensibles, que también pueden ser provistos de gatos para permitir un soporte de nivel en la tierra, aseguran que el alojamiento no puede ser derribado debido a que tiene la turbina eólica sobre él.
Con respecto a la invención los medios de almacenamiento serán colocados ventajosamente en el alojamiento y el alojamiento será provisto de salidas de ventilación. Estas salidas sirven para asegurar que cualquier gas que escapa de la batería o del sistema de hidrógeno es expulsado al exterior para evitar que se produzcan mezclas de gases explosivos en el alojamiento.
Para que la energía solar pueda ser utilizada de la forma más óptima posible, es preferible que el panel de células solares y/o el panel del colector solar son/es, o al menos puede(n) ser, montados en bisagras en la parte exterior del alojamiento. Es opcionalmente concebible alojar el panel de células solares y/o el panel del colector solar en el alojamiento durante el transporte para evitar que sean dañados. El montaje articulado permite inclinar el panel de células solares y/o el panel del colector solar hacia el sol. Con esta disposición es también es opcionalmente concebible que un dispositivo de control también sea acoplado al panel de células solares y/o al panel del colector solar, este dispositivo de control está equipado para permitir que el panel de células solares o el panel del colector solar sigan la posición del sol en el cielo.
La presente invención será explicada con más detalle a continuación con referencia a una forma de realización ilustrativa mostrada esquemáticamente en el dibujo. En el dibujo:
La Fig. 1 muestra una vista en perspectiva muy esquemática del exterior de una central eléctrica móvil según la invención; y
La Fig. 2 muestra una vista en perspectiva muy esquemática del interior de una central eléctrica móvil según la invención.
Las Figs 1 y 2 muestran un ejemplo de una forma de realización, y específicamente una forma de realización preferida, de una central eléctrica móvil según la invención.
La central eléctrica móvil mostrada comprende un alojamiento transportable en forma de un contenedor marítimo 1 de 40 pies con piezas angulares convencionales 28 y dos puertas 15 en un extremo. La configuración de la central eléctrica móvil dentro y encima de tal contenedor 1 tiene la gran ventaja de que permite el transporte de la central eléctrica móvil utilizando los medios ya disponibles para el transporte de tales contenedores marítimos.
La central eléctrica móvil está provista en el techo de una turbina eólica 2, 3, 4 que puede ser sujetada verticalmente por un cable de sujeción 13 y que puede ser bajada en la dirección longitudinal del contenedor 1 para apoyarse en el soporte 8 en una posición horizontal. La turbina eólica comprende una columna telescópica 2, 3, que se extiende desde el techo del contenedor cuando es alzada, con una cabeza de la turbina eólica provista de palas de rotor 4 sobre ésta misma.
El contenedor 1 está provisto de un panel 10 en un lado longitudinal y opcionalmente en dos lados longitudinales. Este panel 10 es un panel de células solares. Este panel de células solares puede ser abierto hacia fuera con respecto a la pared longitudinal adyacente del contenedor 1 mediante un brazo 14, mientras que este panel se articula sobre una bisagra 29 que se extiende en la dirección longitudinal del contenedor 1. El brazo 14 puede formar parte de un dispositivo de control, que está equipado para poder ajustar el ángulo del panel de células solares 10 con respecto a la vertical como función de la posición del sol en el cielo. Diseñando el mecanismo extendedor 14 de una manera adecuada también es concebible que el panel de células solares 10 sea abierto hacia afuera con más de 90º sobre el eje de la bisagra 29 para estar frente al sol si éste estuviera al lado derecho de la página del dibujo.
Un panel colector solar 9 está provisto en el techo del contenedor 1, este panel puede ser llevado a una posición angular en dirección hacia el sol mediante unos brazos extendedores 12, por ejemplo brazos extendedores telescópicos 12. Estos paneles colectores solares 9 están unidos al contenedor 1 mediante bisagras a lo largo de un eje de la bisagra 30 que se extiende en la dirección longitudinal del contenedor 1. Debe estar claro que varios paneles colectores solares 9 pueden haber sido proporcionados en el techo del contenedor 1 y también que es concebible que varios paneles de células solares 10 pueden haber sido proporcionados en un lado longitudinal del contenedor. Es también muy fácilmente concebible cambiar la posición de los paneles de células solares 10 y los paneles colectores solares 9, proporcionar ambos paneles de células solares 10 y los paneles colectores solares 9 en el techo del contenedor 1, proporcionar ambos paneles de células solares 10 y paneles colectores solares 9 en uno o dos lados longitudinales del contenedor y hacer otras combinaciones de ello.
Las salidas de ventilación 11, que consisten en una apertura de ventilación y una cubierta colocada sobre ésta para evitar la entrada de la lluvia, están también proporcionadas en el techo del contenedor 1.
Para evitar que el contenedor 1 sea derribado por el viento o se caiga, en particular cuando actúan ráfagas de viento fuertes en la turbina eólica 1, un sistema de soporte 5 que puede ser oscilado hacia fuera está provisto en ambos lados longitudinales del contenedor 1. El sistema de soporte 5 consiste en dos brazos que pueden ser pivotados sobre el eje de la bisagra 6 y se encuentran en un punto común y en ese punto son equipados con un gato 7 que es ajustable en la dirección vertical. En la Fig. 1 el sistema de soporte 5 está mostrado en la posición de transporte, en el sentido de que está doblado contra la pared lateral longitudinal del contenedor 1. Debe estar claro que este sistema de soporte 5 puede ser oscilado de 90º o más opcionalmente con respecto a la pared del contenedor.
El contenedor 1 está provisto en el exterior, pero también puede opcionalmente ser proporcionado en el interior, de una conexión 26 para la energía eléctrica, o para mayor precisión potencia eléctrica, al igual que una conexión 27 para agua caliente.
Con referencia a la Fig. 2, dentro del contenedor 1 se dispone lo siguiente:
un tanque 19 para almacenar hidrógeno, H_{2},
una caldera 20 para producir y almacenar agua caliente,
un recipiente de almacenamiento 21 para el agua de lluvia, que, entre otras cosas, puede ser recogida mediante un canal 16 en la parte inferior del panel de células solares 10 y ser suministrada al recipiente de agua de lluvia 21 mediante una bomba,
un generador de hidrógeno 22 con una emisión de oxígeno 23 y una emisión de hidrógeno 24 que conduce al tanque de hidrógeno 19,
una célula de combustible 17 adecuada para generar energía eléctrica a partir del hidrógeno suministrado por medio de la línea 25 del tanque 19,
una batería 18 para almacenar y suministrar energía eléctrica.
La central eléctrica móvil según la invención es capaz de producir energía eléctrica a partir del sol o del viento mediante el panel de células solares 10 provisto de células solares y/o la turbina eólica 2, 3, 4, respectivamente, y de suministrar esta energía eléctrica por medio de una conexión 26 a un usuario y/o de almacenar esta energía eléctrica en la batería 18 y/o mediante esta energía eléctrica que genera hidrógeno en el generador de hidrógeno por electrólisis del agua filtrada de lluvia de manera adecuada, hidrógeno que está suministrado por medio de la tubería 24 al tanque 19 para su almacenamiento, así como de generar oxígeno, que es descargado en el medio ambiente por medio de la tubería 23. El hidrógeno almacenado en el tanque 19 puede ser suministrado en un momento adecuado, dependiendo de la demanda de energía eléctrica, a la célula de combustible 17 para generar energía eléctrica en dicha célula de combustible mediante la combustión del hidrógeno, esta energía eléctrica puede después ser suministrada al usuario final y/o puede ser suministrada a la batería 18 para almacenarse en dicha batería 18. La energía eléctrica de la batería 18 y/o la energía eléctrica originada a partir de la turbina eólica 2, 3, 4 o el panel de células solares 10 puede utilizarse para activar la célula de combustible. Debe estar claro que para los objetivos de las conexiones activas anteriormente mencionadas, el cableado necesario, en particular para las derivaciones eléctricas, que no están mostradas, habrá sido instalado y también que los transformadores necesarios, sistemas de control, etc., que no están mostrados ni tampoco son discutidos adicionalmente, habrán sido proporcionados, lo cual para un experto en la materia no son más que obvios y estándar.
El colector solar 9 y la caldera 20, cuando pueden ser considerados como opcionales, proporcionan la posibilidad de que la central eléctrica móvil es también capaz de satisfacer la necesidad de agua caliente. El agua para ser calentada en la caldera 20 podría originarse en el deposito de agua de lluvia 21, después de la filtración adecuada y, si fuera necesario, de la purificación adecuada, pero puede también originarse en un recipiente de almacenamiento, que no está mostrado, que se instala en el exterior del contenedor 1 o de la canalización principal de agua. El agua que circula a través de un bucle será calentada en el colector solar 9 por el sol para luego ser suministrada a la caldera 20 y allí transferir calor, por medio de un intercambiador térmico no mostrado, al agua contenida en la caldera, para después ser devuelta al colector solar 9, después de la transferencia de calor para absorber nuevamente el calor del sol.
A continuación se dará un ejemplo con algunos valores indicativos para una central eléctrica móvil según la invención, que es adecuada para satisfacer las necesidades de un hogar. Estos valores son:
- el panel solar 10 contendrá aproximadamente 24 m^{2} de células solares;
- el colector solar 9 ocupará un área de superficie de aproximadamente 12 m^{2};
- la turbina eólica puede ser una turbina con una potencia de 1.5 a 3 kW, tal como, por ejemplo, aproximadamente 2.5 kW;
- el tanque de hidrógeno 19 puede tener una capacidad de aproximadamente 5 m^{3} y ser capaz de resistir una presión de accionamiento de aproximadamente 25 bar;
- el tanque de agua puede tener una capacidad de aproximadamente 2 m^{3}. En este ejemplo el tanque de agua 21 que contiene agua de lluvia ha sido dimensionado principalmente teniendo en cuenta la capacidad adecuada para el generador de hidrógeno. El agua en exceso, opcionalmente después del almacenamiento en un contenedor adicional no mostrado, puede ser usada para tirar de la cadena del wáter, etc.
Una central eléctrica móvil de este tipo puede proporcionarle a un hogar potencia eléctrica, una carga de valor máximo de aproximadamente 5.000 vatios cuando hay sol y el viento sople a 6 m/s. Como consecuencia de la batería y del hidrógeno almacenado, la central eléctrica móvil puede también proporcionar al hogar potencia eléctrica cuando no haya viento ni sol. La batería 18, o varias baterías 18, al igual que el sistema de hidrógeno es útil para este propósito.
Acerca del sistema de hidrógeno, los valores siguientes pueden ser mencionados en este ejemplo. Cuando el tanque de hidrógeno 19 es llenado hasta 20 bar hay aproximadamente 100 m^{3} de hidrógeno disponible para generar potencia. Con un rendimiento del orden de magnitud del 80%, éste da aproximadamente 400 Kw/h de potencia. Esto es muy adecuado durante dos meses de consumo de energía para una familia promedio, incluyendo el uso de un lavavajillas y una lavadora.
Si la central eléctrica móvil está provista de una conexión adecuada para esto, el hidrógeno del tanque de hidrógeno 19 puede también ser usado para conducir un vehículo, tal como un coche. El vehículo primero almacenará el hidrógeno en su propio tanque, con el objetivo de ser capaz de accionar independientemente del contenedor 1.
La energía eléctrica en exceso puede opcionalmente ser suministrada directamente al suministro de la red eléctrica.
Para cuestiones de seguridad, se han proporcionado detectores para hidrógeno, en particular, al igual que, opcionalmente, detectores para gases originados en la batería, y sistemas de aviso acopladas a dichos detectores o medidas de seguridad adicionales para la ventilación del interior del contenedor.
La central eléctrica móvil según la invención está considerada como una unidad movible y tiene por tanto una PROPIEDAD MOVIBLE (y no un inamovible). Consecuentemente bajo la legislación existente no se requiere licencia urbanística para este diseño y como resultado ésta puede ser usada a gran escala sin entrar en procedimientos oficiales.
El contenedor puede ser terminado con los colores marrón y verde de manera que no produzca una mancha en el paisaje colindante. El esquema bonito de coloración supondrá un camuflaje de la funcionalidad y a cierta distancia dará la impresión de un cobertizo en el jardín.

Claims (10)

1. Central eléctrica móvil con un alojamiento transportable (1) provista de:
\ding{226}
una turbina eólica (2, 3, 4) y/o
\ding{226}
un panel de células solares (10) que contiene células solares y
\ding{226}
medios de almacenamiento (18) para almacenar energía eléctrica y entregar energía eléctrica,
donde los medios de almacenamiento comprenden una batería (18); y
donde la turbina eólica (2, 3, 4) y el panel solar (10) respectivamente, están conectados a los medios de almacenamiento (18) para suministrar energía eléctrica generada por la turbina eólica (2, 3, 4) y el panel solar (9, 10), respectivamente, a dichos medios de almacenamiento (18),
caracterizada por el hecho de que los medios de almacenamiento además comprenden un sistema de hidrógeno (19, 22, 23, 24, 25), y
donde el sistema de hidrógeno comprende un generador de hidrógeno (22), un tanque de hidrógeno (19), conectado al generador de hidrógeno (22), para almacenar el hidrógeno producido usando el generador de hidrógeno (22), y una célula de combustible (17), conectada al tanque de hidrógeno (19), para generar energía eléctrica mediante la oxidación del hidrógeno.
2. Central eléctrica móvil según la reivindicación 1, que contiene un tanque de agua (21) para el agua de lluvia, donde el tanque de agua está conectado por medio de un sistema de filtro, preferiblemente de tipo membrana, al generador de hidrógeno (22).
3. Central eléctrica móvil según la reivindicación 1 o 2, que contiene un panel colector solar (9) que se conecta a una caldera (20) para agua caliente.
4. Central eléctrica móvil según las reivindicaciones 3 y 2, donde el tanque de agua (21) está conectado a la caldera (20).
5. Central eléctrica móvil según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el alojamiento transportable es un contenedor (1), tal como uno de 20, 30 o 40 pies de carga o un contenedor marítimo.
6. Central eléctrica móvil según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la turbina eólica (2, 3, 4) se instala en el alojamiento (1) y se extiende desde del techo del alojamiento (1) hacia arriba, o al menos puede ser llevada hasta una posición activa que se extiende hacia arriba desde el techo del alojamiento (1).
7. Central eléctrica móvil según la reivindicación 6, donde el alojamiento (1) tiene una estructura de base en forma de bloque y donde se proveen soportes extensibles (5, 7) en los lados opuestos, en particular los lados opuestos longitudinales, del alojamiento (1).
8. Central eléctrica móvil según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el sistema de hidrógeno (15, 22, 23, 24, 25) está colocado en el alojamiento (1) y donde el alojamiento está provisto de salidas de ventilación (11).
9. Central eléctrica móvil según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde el panel de células solares (10) y/o el panel colector solar (9) son/es, o al menos pueden ser, montados en bisagras (29, 30) en el exterior del alojamiento (1).
10. Central eléctrica móvil según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la central de electricidad está provisto de una conexión para rellenar el tanque de un vehículo.
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