ES2338205A1 - Plataforma flotante autopropulsada de desalacion, potabilizacion, almacenamiento y distribucion de agua de mar. - Google Patents
Plataforma flotante autopropulsada de desalacion, potabilizacion, almacenamiento y distribucion de agua de mar. Download PDFInfo
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Abstract
Plataforma flotante autopropulsada de desalación, potabilización, almacenamiento y distribución de agua de mar que comprende unos medios de desalación de agua (2); un sistema de propulsión (3) de la plataforma flotante; y una planta potabilizadora (5) y una planta destiladora (6), así como unos medios de almacenamiento de agua potable (7) apta para consumo humano; que se caracteriza porque comprende, además, una plataforma de producción de energía (1) o medios de generación, consistente en una pluralidad de células de combustible, incluyendo los sistemas de reformado; y en donde dichos medios de generación (1) están configurados para alimentar de energía a todos los elementos que conforman la plataforma.
Description
Plataforma flotante autopropulsada de
desalación, potabilización, almacenamiento y distribución de agua de
mar.
El objeto de la presente invención es una
plataforma flotante autopropulsada que comprende un sistema de
desalación y potabilización de la misma agua de mar, y que utiliza
como fuente fundamental de energía una pluralidad de células de
combustible.
La presente invención se enmarca en el sector
técnico de la producción de agua potable a partir de agua de mar
mediante el uso de células de combustible.
Actualmente, la producción de agua potable a
partir de agua de mar es, básicamente, fruto de los siguientes
sistemas: plantas potabilizadoras de buques y plantas de desalación
terrestres.
Las plantas potabilizadoras de buques se
alimentan de las fuentes de energía instaladas a bordo. Estas
fuentes de energía pueden ser (a) máquinas térmicas alternativas,
tales como motores diésel, motores de gas o máquinas rotativas, como
turbinas de vapor o gas; (b) aerogeneradores instalados sobre la
propia plataforma flotante; y (c) células fotovoltaicas para
aprovechar la radiación solar.
Por otro lado, las plantas de desalación
terrestres se alimentan con aportes de energía eléctrica, bien
procedente de la red de distribución o bien de fuentes terrestres de
energía, con o sin aporte de energía calorífica producida con
combustibles fósiles.
En todos los casos citados, se trata de sistemas
tradicionales, que implican los siguientes problemas: (a) consumo
excesivo de combustibles fósiles; (b) altos niveles de contaminación
atmosférica resultado de los productos de combustibles fósiles, bien
en las centrales de producción de energía, bien en las instalaciones
con grupos generadores, tanto en la plataforma flotante, como en
instalaciones terrestres; y (c) en el caso de los aerogeneradores,
estabilidad deficiente de la plataforma debida a la ubicación del
centro de gravedad del propio aerogenerador, dependencia de las
condiciones ambientales y bajo rendimiento.
Para las células fotovoltaicas, existe un bajo
rendimiento asociado a tal sistema, además de riesgo de rotura o
fractura debido a inclemencias medioambientales. En el caso de
centrales o plantas de desalación terrestre que usen máquinas
térmicas alternativas o rotativas, existen excesivos niveles de
contaminación marina, potencialmente peligrosas para la flora y la
fauna, debidos a la alta concentración de sales de la salmuera o
productos de desecho que se lanzan al mar en zonas de baja
profundidad a no mucha distancia de la costa.
De los documentos localizados en el estado de la
técnica, destaca la patente con número de publicación ES2165824 que
divulga una plataforma flotante sobre la que se instala una planta
potabilizadora de agua, por evaporación y/o ósmosis inversa, tanques
de almacenamiento temporal de agua desalinizada y sistema de
suministro de agua a tierra. La energía eléctrica para el
funcionamiento de la planta se obtiene de uno o más aerogeneradores,
en donde para el precalentamiento se utiliza energía solar (térmica
y/o fotovoltaica) y para la propulsión de la plataforma, energía
diésel-eléctrica. La toma de agua se materializa
mediante una manguera flexible que se puede regular a profundidad
variable, según sea la más adecuada en cada momento, y la planta
también dispone de un sistema de análisis
físico-químico, tanto del agua de entrada como de la
producida. Las pilas de combustible son convertidores
electro-químicos de energía que extraen la
almacenada en un elemento portador (hidrógeno) obtenido de diversos
tipos de sustancias químicas y combustibles fósiles y sintéticos, y
al combinar este elemento portador de energía con el oxígeno del
aire, dan lugar a la reacción opuesta a la electrólisis, produciendo
energía eléctrica en forma de corriente continua. Hasta el momento
las pilas de combustible, inventadas en 1839-1842
por Sir William Grove, y desarrolladas para la carrera espacial con
el proyecto estadounidense "Géminis", nunca se han utilizado en
buques de superficie para propulsar los mismos, ni para obtener agua
potable a partir del agua de mar.
La solicitud PCT con número de publicación
WO2005061389 divulga una plataforma móvil de desalinización que
comprende un sistema de toma, un sistema de ósmosis inversa para la
desalinización, un sistema de descarga del concentrado,
transferencia del filtrado, una fuente de energía y un sistema de
control. Como fuente de energía se contemplan diversas alternativas,
entre ellas, las células de combustible. Otras aplicaciones en
barcos, las encontramos en los submarinos alemanes del tipo 212 que
se alimentan por medio de nueve pilas de combustible tipo PEMFC. En
estos buques, que no pueden calificarse de plataformas flotantes
autopropulsadas, el hidrógeno o elemento portador de energía va
almacenado a bordo en tanques de hidruros metálicos (en la
actualidad, la mayor parte del hidrógeno se produce a partir de la
energía fósil primaria; el hidrógeno electrolítico se produce
solamente cuando se dispone de una potencia eléctrica barata, por
ejemplo en grandes centrales hidroeléctricas o de forma fotovoltaica
de la potencia solar), existiendo una gran diferencia con las
reivindicaciones de esta patente, ya que el hidrógeno se obtiene a
partir del proceso de reformado de diversas sustancias químicas (por
ejemplo metanol, etanol). En estos mismos submarinos, el oxígeno
debe ser almacenado a bordo, a alta presión, en tanques, ya que al
ser usadas las pilas de combustible únicamente en inmersión no hay
disponible oxígeno del aire, en contraposición al sistema descrito
en esta patente, en que el oxígeno se toma del aire ambiente.
Teniendo en cuenta los antecedentes y el estado
actual de la técnica descrito, es sumamente deseable un sistema de
producción de agua potable en el que la energía sea producida a
partir de fuentes limpias, con unos niveles de emisión de
CO/CO_{2} del orden comprendido entre el 5% y el 10% de las
tradicionales y que evite la contaminación de las aguas, eliminando
cualquier peligro para la flora y la fauna, sobre todo en los
litorales, lo que redundaría en una limpieza del entorno marino en
las zonas costeras de alto valor natural.
La presente invención se refiere a un sistema de
desalación y potabilización en una planta flotante autopropulsada
usando, como única fuente de energía, células o pilas de
combustible, con almacenamiento de combustible a bordo. La presente
invención comprende los procesos de obtención del producto final, el
agua potable, y la instalación para llevar a cabo dicho
procedimiento.
Las células de combustible constituyen en la
actualidad el sistema más novedoso de producción de energía
eléctrica, presentando el mayor rendimiento térmico y la menor
contaminación ambiental. Las células de combustible son, al menos,
una seleccionada entre:
- (a)
- Pilas de baja temperatura, como las de membranas intercambiadoras de protones (PEMFC), alcalinas (AFC) y de ácido fosfórico (PAFC).
- (b)
- Pilas de media y alta temperatura, como las de policarbonatos fundidos (MCFC) de óxidos sólidos (SOFC).
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La desalación de agua de mar se consigue por
medio de una planta de ósmosis inversa u otro sistema cualquiera de
desalación que requiera el uso de una fuente externa de energía,
instalada en la propia plataforma, que es alimentada con la energía
eléctrica procedente de los cuadros de distribución eléctricos,
producida, a su vez, por las células de combustible.
Del mismo modo, el calor disipado en el proceso
de reformado interno y/o externo de los combustibles utilizados en
la planta se aprovecha también mediante una planta auxiliar
destiladora/potabilizadora.
En general, la plataforma puede adoptar dos
configuraciones: una primera configuración para la producción de
agua potable, almacenamiento a bordo y transporte al punto objetivo;
y una segunda configuración para producción de agua potable y
transporte de la mima por buque lanzadera, pozo profundo o
"shuttle" y trasvase directo.
Las instalaciones para el transvase de agua en
puerto o punto objetivo pueden limitarse a una estación de bombeo,
con accionamiento eléctrico.
Fig 1. Muestra una plataforma flotante, objeto
de la presente invención, para producción de agua potable,
almacenamiento a bordo y transporte al punto objetivo.
Fig 2. Muestra un esquema del funcionamiento de
una pila de combustible típica, del tipo PEMFC.
La figura 1 representa una plataforma flotante
para producción de agua potable, almacenamiento a bordo y transporte
al punto objetivo. En general, está previsto que la propulsión de la
plataforma sea eléctrica, para disponer a bordo de una única fuente
ecológica de producción de energía, aunque la planta es redundante,
dado que en caso de fallo de una célula de combustible, las
restantes células presentes seguirán operativas, pudiendo proseguir
la navegación, el posicionamiento dinámico y la desalación de agua
salada. La plataforma flotante para producción de agua salada
comprende:
una plataforma de producción de energía (1) o
medios de generación, consistente en una pluralidad de células de
combustible y que incluyen los sistemas de reformado; y en donde
dichos medios están configurados para alimentar de energía tanto a
la plataforma como a los medios de desalación;
unos medios de desalación de agua (2) que
comprenden un equipo de aspiración y bombeo de agua salada y/o
salmuera, así como una planta desalinizadora por ósmosis inversa y
que, además, comprenden una conducción de aspiración de agua salada
(4) configurada para la toma de agua a profundidad variable, en
función de las características del agua, para su posterior
tratamiento, desalación y post-tratamiento a bordo
de dicha agua aspirada y una conducción de salida de la salmuera (8)
de longitud variable y configurada para difundir la salmuera en una
zona amplia a profundidad variable;
un sistema de propulsión (3) de la plataforma
flotante, alimentado eléctricamente por la planta de generación de
energía eléctrica (1), así como un propulsor de proa para maniobra y
posicionamiento (9) igualmente alimentado por la planta de
generación eléctrica (1); y
una planta potabilizadora (5) y una planta
destiladora (6), así como unos medios de almacenamiento de agua
potable (7) apta para consumo humano.
La plataforma flotante representa, de forma no
limitativa, un buque petrolero obsoleto de casco simple (es decir,
un buque no estándar conforme a la nueva normativa sobre transporte
de productos peligrosos por vía marítima), cuyos tanques han sido
sometidos a un proceso exhaustivo de limpieza y
descontaminación.
En el funcionamiento normal, el buque larga la
conducción de aspiración de agua salada (4). Esta toma (4) es de
longitud variable, pudiéndose, por tanto, tomar el agua a
profundidad igualmente variable, en función de las características
físicas, químicas y biológicas. Dado que esta toma (4) se llena de
agua salada tan pronto se sumerge, la altura de aspiración es la
normal para aspirar desde la superficie del mar, requiriendo una
mínima energía eléctrica para su acondicionamiento, procedente de
los medios de generación (1).
Es de sobra conocido que, a medida que se
aumenta la profundidad en el mar, disminuye la temperatura del agua,
así como su salinidad, siempre en función de la zona geográfica
seleccionada. La primera etapa radica en explorar qué zona es la más
idónea para, con un mínimo de energía eléctrica, obtener un agua
desalada de alta calidad. Es por ello que el buque lleva la
instrumentación necesaria para el análisis de las diferentes
muestras de agua obtenidas, en función de la zona en la que
opere.
Una vez seleccionada la zona de operación, y con
la maquinaria propulsora del buque en funcionamiento (para situar al
mismo en un punto fijo), se pone en marcha el conjunto del sistema
que comenzará a aspirar agua de la profundidad deseada. Esta agua
pasará por los medios de desalación (2), analizándose la misma para
corroborar los resultados de la fase exploratoria.
Los medios de generación de energía (1)
constituidos por células de combustible y alimentadas por compuestos
de alto valor en hidrógeno, se ponen en funcionamiento,
suministrando la energía eléctrica, en corriente continua, necesaria
para el sistema potabilizador (5). La energía eléctrica producida
pasará por unos convertidores para transformarla en corriente
alterna, alimentando la planta de ósmosis inversa y los equipos de
bombeo asociados a la misma.
Una vez a bordo, el agua salada aspirada por el
equipo de bombeo asociado a la planta de desalación (2), se trata,
obteniéndose agua desalada y salmuera con alto contenido en sales.
La salmuera es arrojada al mar, a profundidad variable, de forma que
se obtenga una máxima dilución de las sales en el agua, evitándose
la contaminación marina por difusión de la salmuera en una zona muy
amplia a una profundidad adecuada.
El agua desalada, pasa a la planta de
potabilización (5) donde será acondicionada para consumo humano.
En la figura 2 se observa un esquema de
funcionamiento de una de las pilas de combustible susceptibles de
ser utilizadas en la presente invención. En general, una pila o
célula de combustible es un dispositivo electroquímico de conversión
de energía similar a una batería, pero se diferencia de esta última
en que está diseñada para permitir el reabastecimiento continuo de
los reactivos consumidos; es decir, produce electricidad de una
fuente externa de combustible y de oxígeno en contraposición a la
capacidad limitada de almacenamiento de energía que posee una
batería. Además, los electrodos en una batería reaccionan y cambian
según cómo esté de cargada o descargada; en cambio, en una celda de
combustible los electrodos son catalíticos y relativamente
estables.
Los reactivos típicos utilizados en una celda de
combustible son hidrógeno en el lado del ánodo y oxígeno en el lado
del cátodo (si se trata de una celda de hidrógeno). Por otra parte
las baterías convencionales consumen reactivos sólidos y, una vez
que se han agotado, deben ser eliminadas o recargadas con
electricidad. Generalmente, los reactivos "fluyen hacia dentro"
y los productos de la reacción "fluyen hacia fuera". La
operación a largo plazo virtualmente continua es factible mientras
se mantengan estos flujos.
En la figura 2 se muestra un esquema del ejemplo
típico de una célula de membrana intercambiadora de protones (o
electrolito polimérico) hidrógeno/oxígeno de una celda de
combustible (PEMFC, en inglés: proton exchange membrane fuel
cell), una membrana polimérica conductora de protones (el
electrolito), separa el lado del ánodo del lado del cátodo.
En el lado del ánodo, el hidrógeno que llega al
ánodo catalizador se disocia en protones y electrones. Los protones
son conducidos a través de la membrana al cátodo, pero los
electrones están forzados a viajar por un circuito externo
(produciendo energía) ya que la membrana está aislada
eléctricamente. En el catalizador del cátodo, las moléculas del
oxígeno reaccionan con los electrones (conducidos a través del
circuito externo) y protones para formar el agua. En este ejemplo,
el único residuo es vapor de agua o agua líquida. Es importante
mencionar que para que los protones puedan atravesar la membrana,
esta debe estar convenientemente humidificada dado que la
conductividad protónica de las membranas poliméricas utilizadas en
este tipo de pilas depende de la humedad de la membrana. Por lo
tanto, es habitual humidificar los gases previamente al ingreso a la
pila.
Además de hidrógeno puro, también se tiene el
hidrógeno contenido en otras moléculas de combustibles incluyendo el
diésel, metanol y los hidruros químicos, el residuo producido por
este tipo de combustibles además de agua es dióxido de carbono,
entre otros.
Claims (4)
1. Plataforma flotante autopropulsada de
desalación, potabilización, almacenamiento y distribución de agua de
mar que comprende:
unos medios de desalación de agua (2) que
comprenden un equipo de aspiración y bombeo de agua salada y/o
salmuera, así como una planta desalinizadora por ósmosis inversa y
que, además, comprenden una conducción de aspiración de agua salada
(4) configurada para la toma de agua a profundidad variable, en
función de las características del agua, para su posterior
tratamiento, desalación y post-tratamiento a bordo
de dicha agua aspirada y una conducción de salida de la salmuera (8)
de longitud variable y configurada para difundir la salmuera en una
zona amplia a profundidad variable;
un sistema de propulsión (3) de la plataforma
flotante, alimentado eléctricamente por una planta de generación de
energía eléctrica (1), así como un propulsor de proa para maniobra y
posicionamiento (9) igualmente alimentado por la planta de
generación eléctrica (1); y
una planta potabilizadora (5) y una planta
destiladora (6), así como unos medios de almacenamiento de agua
potable (7) apta para consumo humano;
caracterizada porque comprende, además,
una plataforma de producción de energía (1) o medios de generación,
consistente en una pluralidad de células de combustible, incluyendo
los sistemas de reformado; y en donde dichos medios de generación
(1) están configurados para alimentar de energía a todos los
elementos que conforman la plataforma.
2. Plataforma de acuerdo con la reivindicación 1
caracterizada porque las pilas de combustible son, al menos,
una seleccionada entre:
- (a)
- Pilas de baja temperatura, como las de membranas intercambiadoras de protones (PEMFC), alcalinas (AFC) y de ácido fosfórico (PAFC).
- (b)
- Pilas de media y alta temperatura, como las de policarbonatos fundidos (MCFC) de óxidos sólidos (SOFC).
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3. Plataforma de acuerdo con las
reivindicaciones 1 y 2 caracterizada porque el calor disipado
en el proceso de reformado interno y/o externo de los combustibles
utilizados en la planta de generación (1) se aprovechan mediante una
planta auxiliar destiladora y potabilizadora.
4. Plataforma de acuerdo con las
reivindicaciones anteriores caracterizada porque adopta una
configuración seleccionada entre:
una primera configuración para la producción de
agua potable, almacenamiento a bordo y transporte al punto objetivo;
y
una segunda configuración para producción de
agua potable y transporte de la misma por buque lanzadera, pozo
profundo o "shuttle" y trasvase directo;
en donde las instalaciones para el transvase de
agua en puerto o punto objetivo pueden limitarse a una estación de
bombeo, con accionamiento eléctrico, alimentado por la planta de
generación (1).
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200931017A ES2338205B1 (es) | 2009-11-18 | 2009-11-18 | Plataforma flotante autopropulsada de desalacion, potabilizacion, almacenamiento y distribucion de agua de mar. |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200931017A ES2338205B1 (es) | 2009-11-18 | 2009-11-18 | Plataforma flotante autopropulsada de desalacion, potabilizacion, almacenamiento y distribucion de agua de mar. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2338205A1 true ES2338205A1 (es) | 2010-05-04 |
| ES2338205B1 ES2338205B1 (es) | 2011-06-07 |
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ID=42109707
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200931017A Active ES2338205B1 (es) | 2009-11-18 | 2009-11-18 | Plataforma flotante autopropulsada de desalacion, potabilizacion, almacenamiento y distribucion de agua de mar. |
Country Status (1)
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|---|---|
| ES (1) | ES2338205B1 (es) |
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2009
- 2009-11-18 ES ES200931017A patent/ES2338205B1/es active Active
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| ES2338205B1 (es) | 2011-06-07 |
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