ES2265738B1 - Sistema de transformacion de energia eolica en energia hidraulica. - Google Patents

Abstract

Sistema de transformación de energía eólica en energía hidráulica, utilizando un aerogenerador (1) en disposición sobre una plataforma flotante (2) sobre un medio acuático (4), incorporándose un mecanismo de bombeo hidráulico (3) que es accionado por el funcionamiento del mencionado aerogenerador (1), de manera que mediante dicho mecanismo (3) se produce un bombeo de agua del medio acuático (4), para su utilización en la obtención de agua desalada y/o en la producción de electricidad.

Description

Sistema de transformación de energía eólica en energía hidráulica.

Sector de la técnica

La presente invención está relacionada con el aprovechamiento de la energía eólica, proponiendo un sistema que permite transformar la fuerza del aire en energía hidráulica, mediante una estructura de aerogenerador flotante, para la aplicación a producción eléctrica, a desalación de agua, o una combinación de ambas finalidades.

Estado de la técnica

El crecimiento de la población y la mejora de la calidad de vida vienen determinando un aumento exponencial de la demanda de agua y energía para el consumo, de modo que en muchos lugares el aprovechamiento del caudal de los ríos va llegando al límite, mientras que la demanda sigue creciendo.

Por ello, para el abastecimiento del agua necesaria para el consumo se ha optado por recurrir a la desalación de agua del mar, para lo cual la técnica más conocida es la ósmosis inversa, con la que el consumo de energía en la desalación es de 4 Kw por metro cúbico, debiendo tomarse dicha energía de la red de suministro eléctrico, o bien recurrir a sistemas de cogeneración eléctrica con la desalación.

El costo energético y de inversión de las plantas desaladoras conocidas, es muy alto, debido a que en el proceso de desalación se lleva a cabo el bombeo del mismo agua tres veces, para la extracción del agua a desalar, para el filtrado del agua en la planta y para alimentar el agua a las membranas de desalación; requiriendo esos tres bombeos respectivas instalaciones de motores y bombas, que suponen un costo importante, mientras que en cada uno de los bombeos hay perdidas notables de eficacia energética.

En el entorno marino hay abundancia de agua salada y en general, también el viento tiene una significativa presencia, siendo éstos dos recursos naturales y además renovables y por tanto inagotables, con posibilidad de ser utilizados sin dañar el ecosistema.

Por la desalación, el agua del mar permite obtener agua dulce de consumo, mientras que por su calidad de fluido líquido dicha agua del mar tiene además excelentes propiedades de transmisión de energía con muy alto rendimiento energético, a través de cilindros hidráulicos; en tanto que el viento está comprobado a su vez como una buena fuente de energía para el accionamiento de mecanismos tales como aerogeneradores de producción de energía eléctrica.

Objeto de la invención

De acuerdo con la invención se propone un sistema que combina la utilización del viento y del agua del mar en la producción de energía para obtener agua desalada y/o producir energía eléctrica que puede ser utilizada en la propia instalación o suministrarse a la red de distribución general.

Este sistema objeto de la invención comprende la utilización de una plataforma flotante, en la cual se incorpora un aerogenerador que es accionado por el viento, llevando incorporado dicho aerogenerador un mecanismo de bombeo hidráulico, mediante el cual se puede bombear agua del medio acuático de flotación por el mismo accionamiento del aerogenerador mediante el viento.

Se obtiene así una disposición en la que el aerogenerador permite convertir la energía del viento en energía eléctrica mediante el mecanismo correspondiente y además por medio del mecanismo de bombeo convierte también la energía eólica de accionamiento en energía hidráulica, la cual puede ser utilizada a su vez como medio de producción en diferentes formas de aplicación, tales como:

A) La energía hidráulica que produce el aerogenerador puede ser utilizada para accionar una turbina Pelton con un generador eléctrico, para producir energía eléctrica.

B) La energía hidráulica que produce el aerogenerador puede ser utilizada para alimentar una instalación desaladora incorporada en la propia plataforma flotante.

C) La energía hidráulica que produce el aerogenerador puede ser utilizada parcialmente para producir energía eléctrica y parcialmente para obtener agua desalada, en una combinación de las dos aplicaciones anteriores.

Con este sistema los costos de la desalación del agua del mar se pueden reducir entre un 30 y un 40% respecto de los sistemas convencionales, debido a que solo se efectúa un bombeo del agua a desalar, reduciendo, respecto de los sistemas convencionales que efectúan tres bombeos, de 4 a 2,5 Kw la energía eléctrica necesaria por metro cúbico, además de la reducción de motores y bombas, con los correspondientes circuitos hidráulicos, que reduce el costo de la instalación y permite un mejor control del conjunto funcional.

Por otra parte, los costos de inversión para generar energía eléctrica, se pueden reducir de un 20 a un 25% respecto de los costos de las instalaciones convencionales con pilotaje en el fondo del mar, con la ventaja de poderse instalar en profundidades de hasta 100 metros y que la producción se obtiene a partir de una energía limpia y renovable.

El mecanismo de bombeo hidráulico del sistema consta de un conjunto de piñones que van incorporados en el eje del rotor del aerogenerador que aprovecha la energía del viento, de los cuales piñones penden por medio de bielas unas sirgas o elementos semejantes que sustentan a los émbolos de respectivos cilindros que quedan sumergidos en el agua sobre la que flota la plataforma portadora del aerogenerador, los cuales cilindros van provistos con unas válvulas unidireccionales de cierre y apertura, de modo que al bajar y subir los émbolos correspondientes se obtiene una función de bombeo del agua.

El agua que bombean los cilindros se lleva a través de un conducto hasta un colector, desde el cual pasa a una instalación desalinizadora y/o a una instalación de producción eléctrica, incorporadas sobre la propia plataforma flotante.

El residuo (sal muera) del agua que se somete a desalinización, se revierte a un sistema de bombeo accesorio, semejante al que es accionado por el aerogenerador, consiguiéndose así un caudal complementario de agua bombeada, que se manda al colector de la instalación, con lo que se obtiene un rendimiento muy elevado.

Por todo ello, el sistema de la invención resulta de unas características ciertamente ventajosas, adquiriendo vida propia y carácter preferente para las funciones de desalación y producción eléctrica a las que está destinado, frente a los equipos e instalaciones convencionales que se utilizan por separado para esas funciones.

Descripción de las figuras

La figura 1 muestra un esquema en corte vertical de la disposición del sistema preconizado en un aerogenerador flotante.

Las figuras 2 y 3 son sendas vistas según respectivos cortes longitudinales perpendiculares, del aerogenerador provisto con el sistema preconizado.

Las figuras 4 y 5 son sendos detalles ampliados, según una vista lateral seccionada y una vista frontal, del montaje de los piñones del mecanismo de bombeo hidráulico, sobre el eje del rotor del aerogenerador.

Las figuras 6A, 6B y 6C muestran en detalle ampliado un cilindro de bombeo hidráulico en sendas sucesivas posiciones de la acción del bombeo.

La figura 7 es una perspectiva de la instalación de un aerogenerador flotante, provisto con un equipo para producción eléctrica mediante el sistema de la invención.

La figura 8 es una perspectiva de la instalación de un aerogenerador flotante, provisto con un equipo para producción eléctrica y un equipo para desalación mediante el sistema de la invención.

Las figuras 9 y 10 son sendas vistas de un aerogenerador provisto con el sistema de la invención, en disposición, respectivamente, para desalación y para producción eléctrica.

La figura 11 es un esquema ampliado de la disposición del sistema para la función de desalación.

La figura 12 es un esquema ampliado de la disposición del sistema para la función de producción eléctrica.

La figura 13 es un esquema ampliado de la disposición del sistema para una función combinada de desalación y de producción eléctrica.

Descripción detallada de la invención

El objeto de la invención se refiere a un sistema de transformación de la energía eólica en energía hidráulica, para la aplicación a funciones de desalación de agua del mar y/o producción de electricidad, mediante un aerogenerador (1) dispuesto sobre una plataforma flotante (2) en la cual se incorporan también los equipos de desalación y producción eléctrica de aplicación del sistema.

La instalación del aerogenerador (1) con su plataforma flotante (2), puede ser como se recoge en la Patente N° 200402338 del mismo titular que la presente invención, o de cualquier otra forma que permita la incorporación del sistema.

Según el sistema de la invención, en relación con el aerogenerador (1) se dispone incorporado un mecanismo (3) de bombeo hidráulico, mediante el cual se puede bombear agua del medio acuático (4) sobre el que flota la plataforma (2), para la aplicación de dicha agua en las funciones del sistema.

El mecanismo de bombeo hidráulico consta de un conjunto de piñones (5) asociados al eje (6) del rotor del aerogenerador (1), incluyendo por ejemplo un piñón central (5.1) incorporado sobre el eje (6) y una serie de piñones satélites (5.2) asociados en engrane con aquel, tal como se observa en las figuras 4 y 5, sin que la distribución representada sea limitativa.

De los piñones (5) van suspendidas por medio de bielas (7) unas sirgas o elementos análogos (8), en el extremo inferior de las cuales quedan suspendidos los émbolos (9) de unos cilindros (10) que quedan sumergidos en el medio acuático (4).

Los cilindros (10) van dispuestos en el extremo de respectivos tubos (11), con respecto a los cuales los correspondientes cilindros (10) determinan un paso con válvulas unidireccionales (12) de apertura hacia arriba, mientras que por la parte inferior dichos cilindros (10) quedan cerrados por sus respectivos émbolos (9), los cuales poseen a su vez unas válvulas unidireccionales (13) de apertura hacia arriba.

Con ello así, al ser accionado el aerogenerador (1) por el viento y girar su rotor, por medio de los piñones (5) y a través de las bielas (7) se produce un movimiento oscilante de subida y bajada de las sirgas (8) y en consecuencia un movimiento de elevación y descenso de los émbolos (9) de los cilindros (10).

Al producirse ese movimiento, cuando el émbolo (9) de un cilindro (10) desciende, la presión que ocasiona el descenso hace que las válvulas (13) del émbolo (9) se abran, con lo que el agua entra por la parte inferior en el cilindro (10), como representa la figura 6A.

Cuando el movimiento llega al punto inferior, el cilindro (10) se halla lleno de agua y las válvulas (13) del émbolo (9) se cierran, como representa la figura 6B.

A continuación se produce la elevación del émbolo (9) y debido a la presión que produce dicha elevación, las válvulas (13) del émbolo (9) permanecen cerradas, en tanto que las válvulas (12) de la parte superior se abren, con lo cual el agua contenida en el cilindro (10) es impulsada al tubo (11), como representa la figura 6C, produciéndose así un bombeo que proyecta un flujo de agua a través del tubo (11) y desde éste por una salida (14) hacia los lugares de aplicación.

El agua bombeada se puede enviar a una instalación desaladora (15), como representa la figura 9, para obtener agua desalada, o bien a una turbina (16) generadora de electricidad, como representa la figura 10, para producir electricidad, disponiéndose en cualquier caso las instalaciones correspondientes sobre la propia plataforma flotante (2), como se observa en las figuras 7 y 8.

Para producir electricidad (figura 12), el agua bombeada desde los cilindros (10) se lleva directamente a la turbina generadora (16), que puede ser, por ejemplo, una turbina Pelton con generador eléctrico, sin carácter limitativo.

Para la desalación de agua (figura 11), el agua bombeada desde los cilindros (10) se lleva, pasando por una unidad de tratamiento químico (17), hasta un colector (18) al que van acoplados una serie de grupos (19) de membranas desalinizadoras, respecto de los cuales se controla la entrada del agua mediante correspondientes electroválvulas (20), en función de la presión existente en el colector (18).

Los grupos (19) de membranas desalinizadoras requieren de una determinada presión de agua para su funcionamiento, por lo cual en el colector (18) se dispone un presostato (21) que mide la presión del agua y en función de ésta abre mediante las electroválvulas (20) correspondientes la entrada a los grupos (19) de membranas que puedan alimentarse con la presión existente.

En la desalación, un 40% del agua tratada se obtiene como agua desalada, enviándose por un conducto (22) de evacuación a las conducciones de distribución para el consumo, mientras que el 60% restante del agua resulta como sal muera, saliendo por un conducto (23) para ser revertido al medio acuático (4).

Dado que la sal muera que sale por el conducto (23) todavía tiene una presión que puede ser aprovechada, se ha previsto una realización en la que dicho conducto (23) conecta con uno o más cilindros hidráulicos (24), con entrada a través de una electroválvula (25) y salida de evacuación a través de otra electroválvula (26), yendo cada cilindro (24) acoplado a un tubo (27) que va conectado mediante una derivación (28) con el colector (18) y que en su extremo incorpora un cilindro de bombeo (29) como los cilindros (10) que son accionados por el aerogenerador (1).

Con lo cual, mediante una alternancia de la apertura y cierre de las electroválvulas (25 y 26) en secuencia inversa, se obtiene un accionamiento del o los cilindros (24), los cuales producen el accionamiento de los cilindros (29) correspondientes, dando lugar a un bombeo complementario de agua que es enviada por los respectivos tubos (27) y la derivación (28) al colector (18).

Las aplicaciones de desalación y de producción de electricidad mediante el sistema, pueden ser combinadas, como muestra la figura 13, enviándose una parte del agua bombeada a una turbina (16) generadora de electricidad y el resto del agua a los grupos (19) de membranas de una instalación dasaladora, todo ello con independencia de la producción eléctrica que se puede obtener mediante el aerogenerador (1) con el mecanismo generador correspondiente.

En las zonas de paso del agua para su introducción en los cilindros de bombeo (10 y 29), se disponen filtros (30), mediante los cuales se evita la entrada de suciedad al circuito del sistema. Dichos filtros (30) pueden ser de cualquier tipo convencional apto para cumplir la función indicada, estando previstos con carácter preferente unos filtros (30) de tipo autolimpiante, para reducir el mantenimiento.

Claims (2)

1. Sistema de transformación de energía eólica en energía hidráulica, mediante la utilización de un aerogenerador (1) que es accionado por el viento, disponiéndose una plataforma flotante (2) en instalación sobre un medio acuático (4), tal como el mar, incorporando el aerogenerador (1) un mecanismo de bombeo hidráulico (3) que se acciona por el funcionamiento de dicho aerogenerador (1), mediante cuyo mecanismo (3) se produce un bombeo de agua del medio acuático (4), para la utilización del agua bombeada en la obtención de agua desalada y/o en la producción de electricidad, mediante instalaciones incorporadas en la propia plataforma flotante (2), caracterizado porque el mecanismo de bombeo hidráulico (3) consta de un grupo de piñones (5) que van asociados giratoriamente al eje (6) del rotor del aerogenerador (1), de los cuales piñones (5) cuelgan mediante bielas (7) unas sirgas (8) o elementos similares que se relacionan en la parte inferior con unos cilindros (10) de bombeo hidráulico, los cuales van unidos por la parte superior a respectivos tubos (11), con los que comunican a través de válvulas unidireccionales (12) de apertura hacia arriba, mientras que por la parte inferior dichos cilindros (10) quedan cerrados por sus correspondientes émbolos (9), los cuales disponen a su vez de unas válvulas unidireccionales (13) de apertura hacia arriba, permitiendo la entrada de agua y el bombeo del agua interior a los correspondientes tubos (11) mediante el movimiento de elevación y descenso que transmiten los piñones (5) a través de las sigas (8) a las que van unidos dichos émbolos (9) de los cilindros (10).

2. Sistema de transformación de energía eólica en energía hidráulica, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque se disponen unos cilindros de bombeo (29) accesorios, los cuales se disponen en la salida del agua residual de la instalación.