ES2356209A1 - Submarine batteries of adjusted torque. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Baterías submarinas de par ajustado.Underwater batteries with tight torque.
La invención se encuadra dentro del marco de la regulación y almacenamiento de energía, con especial aplicación al aprovechamiento de las fuentes de energía renovables y con aplicaciones colaterales a la clasificación, separación y purificación de todo tipo de gases.The invention falls within the framework of the regulation and storage of energy, with special application to use of renewable energy sources and with collateral applications to classification, separation and purification of all types of gases.
El problema del almacenamiento de energía es inherente a todos los sistemas de aprovechamiento de fuentes de energía renovables. El único sistema que se ha venido utilizando tradicionalmente para el almacenamiento de energía a gran escala son las centrales de bombeo reversible. Existe otra tecnología, la denominada tecnología CAES, que almacena energía a base de comprimir aire atmosférico y almacenarlo en cavernas ó minas abandonadas. Esto evita la construcción de un tanque de grandes dimensiones capaz de soportar presiones elevadas, que haría inviable su desarrollo.The problem of energy storage is inherent in all systems of exploitation of sources of renewable energy. The only system that has been used traditionally for large-scale energy storage are Reversible pumping plants. There is another technology, the called CAES technology, which stores compressed energy atmospheric air and store it in abandoned caverns or mines. This prevents the construction of a large tank capable of withstand high pressures, which would make its development unfeasible.
Por otro lado, se han registrado diversas solicitudes de patente de sistemas de almacenamiento de energía a base de comprimir aire atmosférico y almacenarlo en depósitos submarinos, dotados de un contrapeso para impedir la ascensión del aire por flotación, aunque esta tecnología no ha logrado desarrollarse a nivel comercial.On the other hand, there have been various patent applications for energy storage systems to base to compress atmospheric air and store it in tanks submarines, equipped with a counterweight to prevent the rise of air by flotation, although this technology has failed Develop on a commercial level.
La tecnología CAES obtiene mejores rendimientos y resulta económicamente más ventajosa que las centrales de bombeo reversible y es por ello que, ligada al desarrollo de la energía eólica está tomando mucho auge en los últimos tiempos, fundamentalmente en Estados Unidos. Sin embargo, esta tecnología tiene un grave inconveniente, pues al ser las cavernas de un volumen constante el aire de su interior debe ser comprimido/descomprimido entre dos presiones determinadas, lo que supone una pérdida importante de rendimiento de los compresores y de las turbinas, y, lo que es peor, requiere unos volúmenes de la caverna muy superiores a los que resultarían necesarios si la presión se mantuviese constante.CAES technology gets better performance and is economically more advantageous than pumping plants reversible and that is why, linked to the development of energy wind is taking a lot of boom in recent times, mainly in the United States. However, this technology It has a serious drawback, because being the caverns of a volume constant the air inside must be compressed / decompressed between two determined pressures, which means a loss important performance of compressors and turbines, and, What's worse, it requires much higher volumes of the cave to those that would be necessary if the pressure were maintained constant.
Los mencionados sistemas de almacenamiento de energía en depósitos submarinos que han sido ideados y patentados trabajan a presión constante, pero no resuelven por completo el problema de la construcción del depósito de almacenamiento.The aforementioned storage systems of energy in submarine deposits that have been devised and patented they work at constant pressure, but they don't completely solve the problem of the construction of the storage warehouse.
En primer lugar, la necesidad de dotar a las baterías submarinas de un contrapeso que impida la ascensión del aire por flotación genera un importante problema, ya que, si dicho contrapeso se coloca en la parte inferior, la batería será muy estable a los vuelcos, pues en caso de giro de la misma se crea automáticamente un par que corrige su posición, pero resulta necesaria la construcción de un depósito capaz de resistir el empuje ascensional del aire de su interior (Figura 1).First, the need to provide underwater batteries of a counterweight that prevents the rise of the air by flotation generates a major problem, since, if said counterweight is placed at the bottom, the battery will be very stable to the overturns, because in case of rotation of the same one is created automatically a pair that corrects its position, but it turns out the construction of a tank capable of resisting the thrust is necessary Ascensional air inside (Figure 1).
Por otro lado, si el contrapeso se coloca en la parte superior del depósito (Figura 2), se reduce considerablemente el problema de la construcción del depósito, pues el contrapeso puede servir de cierre vertical del mismo y normalmente se tratará de depósitos de muy poca altura y mucha superficie en las bases. Sin embargo, en este caso la batería es muy propensa al vuelco, ya que ante cualquier giro de la misma se crea un par que incrementa dicho giro.On the other hand, if the counterweight is placed on the upper part of the tank (Figure 2), is greatly reduced the problem of the construction of the deposit, because the counterweight it can serve as its vertical closure and will normally be treated of deposits of very low height and much surface in the bases. Without However, in this case the battery is very prone to tipping, since before any turn of the same a pair is created that increases said turn.
En cualquier caso, el par creado en cualquiera de ambos casos constituye un grave problema a la hora de la construcción de las baterías submarinas, ya que son pares de muy elevada magnitud que provocarían movimientos bruscos de las baterías submarinas si se pretenden sumergir por flotación, ocasionando sin duda daños en las tuberías de carga/descarga e incluso en las propias baterías submarinas.In any case, the pair created in any in both cases it constitutes a serious problem at the time of construction of underwater batteries, since they are pairs of very high magnitude that would cause sudden movements of the batteries submarines if they intend to submerge by flotation, causing without doubt damage to the loading / unloading pipes and even the Own underwater batteries.
No es necesario explicar que el gran problema para la construcción de baterías submarinas de gran capacidad estriba en los enormes peso y dimensiones de las mismas, que hacen prácticamente inviable su inmersión hasta el fondo del mar mediante grúas como una unidad completa. Además, la tubería de carga/descarga constituye otro grave inconveniente, ya que también resulta ser de dimensiones importantes y no es posible su acoplamiento a la batería submarina una vez ubicada en el fondo del mar, ya que, a las profundidades a las que normalmente se ubicarán, es imposible el trabajo con buzos.It is not necessary to explain that the big problem for the construction of large capacity underwater batteries lies in the enormous weight and dimensions of them, which make practically unfeasible immersion to the bottom of the sea by Cranes as a complete unit. In addition, the loading / unloading pipe It constitutes another serious inconvenience, since it also turns out to be important dimensions and its coupling to the battery is not possible submarine once located at the bottom of the sea, since, at depths to which they will normally be located, it is impossible to I work with divers.
Otro de los inconvenientes que también ha venido impidiendo el desarrollo de las baterías submarinas radica en el hecho del calentamiento de los gases al ser comprimidos. A menos que se aíslen térmicamente, lo cual resulta inviable con los aislamientos térmicos de uso industrial común, se producirán pérdidas de energía por pérdida de calor del gas de almacenamiento, que incluso se pueden provocar impactos negativos al ecosistema marino.Another inconvenience that has also come preventing the development of underwater batteries lies in the made of heating the gases when compressed. Unless they are thermally insulated, which is unfeasible with thermal insulation of common industrial use, will be produced energy losses from heat loss from storage gas, that can even cause negative impacts to the ecosystem Marine.
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Finalmente, existe un problema adicional que también ha podido ser un freno para el desarrollo de las baterías submarinas, y es la dificultad para impedir el riesgo de creación de una macroburbuja de gas ascendente ante una posible eventualidad catastrófica, como un terremoto en el fondo del mar, que podría provocar una ola de altura considerable.Finally, there is an additional problem that It has also been a brake for battery development underwater, and it is the difficulty to prevent the risk of creating a rising gas macro bubble before a possible eventuality catastrophic, like an earthquake at the bottom of the sea, which could cause a wave of considerable height.
Por otro lado, son muchos los estudios y experimentaciones que se están realizando sobre la captura de CO_{2} de los efluentes de las centrales térmicas ó de determinadas industrias y su almacenamiento bajo tierra ó en acuíferos salinos bajo el fondo marino, o bien incluso su inyección directa en el fondo marino, ya que, si se hace a profundidades elevadas, el tiempo estimado para su ascensión hasta la atmósfera se mide por centenares de años, según los estudios que han sido realizados. Sin embargo, estos sistemas tienen graves inconvenientes ya que la captura de CO_{2} resulta compleja y costosa, la energía que se requiere para llevarlos a cabo es muy importante, y las instalaciones necesarias para ello son de gran envergadura.On the other hand, there are many studies and experiments that are being conducted on the capture of CO 2 of the effluents of thermal power plants or of certain industries and their storage underground or in saline aquifers under the seabed, or even its injection directly on the seabed, since, if done at depths high, the estimated time for its ascent to the atmosphere is measured for hundreds of years, according to studies that have been made. However, these systems have serious drawbacks. since the capture of CO2 is complex and expensive, the energy that is required to carry them out is very important, and the necessary facilities for this are large.
Resulta imprescindible que las baterías submarinas sean estables al vuelco, es decir, que nunca ocurra lo reflejado en la Figura 2, donde se crea un par que hace volcar a la batería. Pero también resulta innecesario e incluso perjudicial que se haya de crear un par corrector tan importante como el de la Figura 1.It is essential that the batteries submarines are stable to overturning, that is, never happen reflected in Figure 2, where a pair that dumps the drums. But it is also unnecessary and even harmful that a correction pair as important as that of the Figure 1.
La novedad básica de la invención consiste en disponer el contrapeso que resulta necesario para evitar la ascensión del gas de almacenamiento de tal forma que se evite ó se minimice la creación de un par de giro entre el peso del propio contrapeso y la fuerza de flotación del gas de almacenamiento.The basic novelty of the invention consists in arrange the counterweight that is necessary to avoid ascension of storage gas in such a way as to avoid or prevent minimize the creation of a torque between your own weight Counterweight and buoyant force of storage gas.
Para ello, la primera disposición posible consiste en desdoblar en dos partes el contrapeso de las baterías submarinas, de tal modo que el contrapeso inferior sea siempre ligeramente mayor ó incluso igual que el contrapeso superior, provocando de esta manera que se genere un par ligeramente corrector ó nulo ante un eventual giro de la misma (Figura 3).To do this, the first possible provision it consists of unfolding the counterweight of the batteries in two parts submarines, so that the lower counterweight is always slightly higher or even the same as the upper counterweight, causing a slightly corrective torque to be generated or null before a possible turn of the same (Figure 3).
Este sistema, denominado batería submarina de par ajustado de doble contrapeso, puede estar dispuesto con una cámara de almacenamiento de volumen fijo donde coexisten el gas de almacenamiento con agua de mar del exterior de la batería (Figura 3), o bien con una cámara de almacenamiento de volumen variable que al llenarse con el gas de almacenamiento desplaza verticalmente al contrapeso superior (Figura 4).This system, called the underwater battery of adjusted pair of double counterweight, can be arranged with a fixed volume storage chamber where gas from coexist Seawater storage outside the battery (Figure 3), or with a variable volume storage chamber that when filled with storage gas, it moves vertically to the upper counterweight (Figure 4).
Además de resolver el problema de la estabilidad ante los vuelcos y de simplificar la estructura necesaria, la batería submarina de par ajustado de doble contrapeso permite utilizar los propios contrapesos como aislamiento de las superficies superior e inferior de las baterías submarinas, lo que resuelve en gran medida el problema del aislamiento térmico de las mismas, dado que normalmente las baterías submarinas serán de muy poca altura.In addition to solving the stability problem before the overturns and to simplify the necessary structure, the double counterweight adjusted torque underwater battery allows use the counterweights themselves as surface insulation upper and lower submarine batteries, which resolves in greatly the problem of thermal insulation thereof, given that normally the underwater batteries will be of very little height.
Estas baterías submarinas también se pueden disponer con múltiples cámaras, disponiendo de dos ó más cámaras de almacenamiento del gas, superpuestas a modo de sandwich, siendo la cámara superior la primera en llenarse, para, una vez equilibrado su contrapeso, pasar a llenarse la inmediatamente inferior, y así sucesivamente (Figura 5).These underwater batteries can also be have multiple cameras, having two or more cameras gas storage, superimposed as a sandwich, being the upper chamber the first to fill, for, once balanced its counterweight, move to fill the immediately lower, and so successively (Figure 5).
En cuanto al procedimiento de fabricación, la clave para conseguir hacer viable la construcción de baterías submarinas de par ajustado de doble contrapeso con gran capacidad de almacenamiento de energía y que constituye parte esencial de la invención radica en primer lugar en fabricarlas en la costa, de tal forma que se fabrica primero la batería submarina y luego se comienza a fabricar la tubería de carga/descarga en tierra y a remolcar el conjunto lentamente mar adentro, bien con la batería submarina de par ajustado alojada en un buque remolcador y la tubería de carga/descarga manteniéndose en la superficie por flotación o bien arrastrando el conjunto por el buque remolcador mientras se mantiene flotando en la superficie del mar. De esta forma se va fabricando la tubería de carga/descarga en tierra mientras el conjunto se va llevando por la superficie del mar hasta el lugar desde donde se procederá a la inmersión del conjunto. A partir de aquí, se conectará el compresor a la tubería de carga/descarga y se comenzará con la inmersión del conjunto por flotación controlada, gobernada por un sistema de control que actuará sobre el compresor y sobre las válvulas de entrada/salida de la batería submarina en función de la profundidad a la que se encuentre la batería submarina de par ajustado en cada momento hasta llevarlo a su ubicación definitiva en el fondo del mar. El sistema puede estar dotado de flotadores adicionales que vayan siendo llenados de agua de mar por el sistema de control para ir sumergiendo el conjunto.As for the manufacturing process, the key to making battery building viable tight-weight double-weight submarines with large capacity energy storage and that constitutes an essential part of the invention lies primarily in manufacturing them on the coast, such so that the underwater battery is manufactured first and then starts manufacturing the loading / unloading pipe on land and to tow the assembly slowly offshore, well with the battery tight-fitting submarine housed in a towing vessel and the loading / unloading pipe keeping on the surface by flotation or dragging the assembly by the towing vessel while still floating on the surface of the sea. This way the loading / unloading pipe is made on land while the whole is carried along the surface of the sea until the place from where the set will be immersed. TO From here, the compressor will be connected to the loading / unloading and start with the immersion of the set by controlled flotation, governed by a control system that will act on the compressor and on the inlet / outlet valves of the underwater battery depending on the depth at which it find the submarine battery of adjusted torque at all times until take it to its final location at the bottom of the sea. The system may be equipped with additional floats that are still filled with seawater by the control system to go submerging the whole.
Por otro lado, si las dimensiones son extraordinariamente grandes, estas baterías submarinas de par ajustado se pueden fabricar de forma modular, de forma que los módulos tengan las dimensiones necesarias para poder ser manejados por el buque de arrastre, sumergiéndolos por flotación hasta una profundidad no muy grande pero suficiente como para que no se vean afectados por las sobrepresiones debidas al oleaje (profundidad de acoplamiento de módulos), disponiendo de una ó varias tuberías flexibles de interconexión con otros módulos, de longitud suficiente para llegar a la superficie desde la profundidad de acoplamiento de módulos, para ser definitivamente bajado el conjunto completo hasta el fondo marino una vez que se han acoplado todos los módulos, dejando una tubería de interconexión con posibles módulos futuros de longitud suficiente como para llegar a la superficie desde la profundidad de alojamiento de la batería. De la forma descrita, se consigue por un lado trabajar de forma segura, aún cuando la ejecución de la batería submarina de par ajustado se prolongue durante varias jornadas de trabajo, y por otro lado se minimiza la longitud necesaria de las conducciones de acoplamiento entre módulos, lo cual es de vital importancia, sobre todo cuando se ubican a profundidades importantes.On the other hand, if the dimensions are extraordinarily large, these underwater torque batteries adjusted can be manufactured in a modular way, so that the modules have the necessary dimensions to be managed by the trawler, submerging them by flotation up to a depth not too big but enough not to be seen affected by overpressures due to waves (depth of module coupling), having one or more pipes flexible interconnection with other modules, of sufficient length to reach the surface from the coupling depth of modules, to be definitely downloaded the complete set up the seabed once all modules have been coupled, leaving an interconnection pipe with possible future modules of long enough to reach the surface from the battery housing depth. In the manner described, it get on the one hand work safely, even when the Running the underwater torque set battery is prolonged during several work days, and on the other hand the necessary length of coupling lines between modules, which is of vital importance, especially when They place at significant depths.
Por otro lado, y tal como se ha explicado anteriormente, la batería submarina de par ajustado de doble contrapeso minimiza el par creado ante cualquier posible giro de las baterías submarinas. Este hecho es de extremada importancia ya que permite su inmersión por flotación hasta su asentamiento en el fondo marino, incluso con la tubería de carga/descarga acoplada desde el principio, sin riesgos de giros bruscos por la acción del oleaje, de corrientes marinas ó por cualquier otra eventualidad. Además, este sistema permite también subir la batería submarina de par ajustado a la superficie en caso de resultar necesario ante cualquier eventualidad.On the other hand, and as explained Previously, the double-set torque underwater battery counterweight minimizes the torque created before any possible rotation of the underwater batteries This fact is of extreme importance since allows its immersion by flotation until its settlement in the bottom marine, even with the loading / unloading pipe coupled from the principle, without risk of sharp turns due to the action of the waves, of sea currents or for any other eventuality. Also this system also allows to raise the underwater battery of adjusted torque to the surface if necessary before any eventuality.
Por otro lado, la invención también contempla la posibilidad de que uno ó ambos de sus contrapesos dispongan de un núcleo de residuos sólidos urbanos ó industriales, incluso de residuos radiactivos, pudiendo ir recubiertos de tierra ó cualquier otro material pesado que a su vez les sirva de acolchamiento, y estando encerrados en un cajón de acero ó cualquier otro material resistente a la compresión que disponga de una de las caras libre de movimientos para poder ajustar el volumen del contrapeso en función de la presión estática del agua del exterior, pudiendo estar impermeabilizados para mantener el interior en seco y servir de aislamiento térmico del gas del interior de la batería (Figura 6).On the other hand, the invention also contemplates the possibility that one or both of its counterweights have a core of urban or industrial solid waste, including radioactive waste, can be covered with earth or any other heavy material that in turn serves as padding, and being locked in a steel drawer or any other material Compression resistant with one of the faces free of movements to adjust the volume of the counterweight depending on of the static pressure of the outside water, being able to be waterproofed to keep the interior dry and serve as thermal insulation of the gas inside the battery (Figure 6).
Otro aspecto de la invención consiste en dotar a los contrapesos de una forma que se ajuste a la distribución de fuerzas de ascensión del gas de la batería submarina de par ajustado, de tal modo que se optimiza el tamaño de los mismos.Another aspect of the invention consists in providing the counterweights in a way that fits the distribution of gas rising forces of the submarine torque battery adjusted, so that their size is optimized.
La invención también contempla dotar a las baterías submarinas de par ajustado de un sistema de seguridad total contra roturas de la batería, consistente en la incorporación de un sistema de detección de roturas que acciona sendas válvulas de descarga brusca del gas de almacenamiento, una para hacerlo a través de la tubería de carga/descarga de la batería, y la otra para hacerlo a través de una tubería auxiliar de descarga flexible en su extremo inferior y con una boya en su extremo superior para mantener la verticalidad (Figura 6).The invention also contemplates providing the Submerged torque batteries of a total safety system against battery breakage, consisting of the incorporation of a breakage detection system that operates two valves abrupt discharge of storage gas, one to do it through of the battery charge / discharge pipe, and the other for do it through a flexible discharge auxiliary pipe in your lower end and with a buoy at its upper end to keep the verticality (Figure 6).
Además, comoquiera que la superficie del fondo marino no será en general estrictamente plana, las baterías submarinas tendrán que trabajar normalmente en una posición que no será exactamente plana, y para optimizar su rendimiento la invención incluye un sistema de llenado/vaciado eficiente, consistente en por un lado realizar el llenado/vaciado siempre desde el punto más alto de la cámara de almacenamiento, mediante un sistema de tuberías que llegue hasta todas la esquinas ó extremos de la parte superior de la cámara de almacenamiento, y por otro lado realizar la toma/desagüe del agua de mar siempre a través del punto más bajo de la cámara de almacenamiento, mediante un sistema de válvulas comandado por un sistema de control de la inclinación de la batería (Figura 6).In addition, however the bottom surface Marine will generally not be strictly flat, batteries submarines will have to work normally in a position that does not it will be exactly flat, and to optimize its performance the invention It includes an efficient filling / emptying system, consisting of one side always fill / empty from the highest point of the storage chamber, through a piping system that reach all corners or ends of the top of the storage chamber, and on the other hand make the drain / drain of seawater always through the lowest point of the chamber of storage, through a valve system commanded by a battery tilt control system (Figure 6).
Además, cuando sea previsible que la batería submarina de par ajustado pueda quedar ubicada en una posición con gran inclinación, la cámara de almacenamiento se puede subdividir en varias mediante tabiques verticales (Figura 6), y proceder así al llenado/vaciado de las cámaras de forma que se mantenga una distribución de fuerzas del gas de almacenamiento sobre la batería lo más homogénea posible.In addition, when it is foreseeable that the battery adjusted torque submarine can be located in a position with large tilt, the storage chamber can be subdivided into several using vertical partitions (Figure 6), and thus proceed to filling / emptying of the chambers so that a distribution of storage gas forces on the battery as homogeneous as possible.
Otro sistema objeto de la invención consiste en dotar a las baterías submarinas de par ajustado de una barrera de protección contra las corrientes marinas y de un sistema de limpieza de sedimentos sobre la batería submarina a base de unos difusores alimentados con el propio gas de almacenamiento (Figura 6).Another system object of the invention consists of provide submarine batteries with a tight torque of a barrier of protection against sea currents and a cleaning system of sediments on the underwater battery based on diffusers fed with the storage gas itself (Figure 6).
La invención también incluye la posibilidad de introducir el gas de almacenamiento desde su base inferior, encontrándose la batería sometida a la presión estática del agua del exterior a través de una abertura en su base superior, ascendiendo la columna del gas de almacenamiento durante su carga por el interior de la batería de tal forma que se va encontrando continuamente con paredes progresivamente más altas, pudiendo reducirse drásticamente de esta forma las dimensiones del contrapeso superior.The invention also includes the possibility of introduce the storage gas from its lower base, the battery being subjected to the static water pressure of the outside through an opening in its upper base, ascending the column of the storage gas during loading by the inside the battery so that it is found continuously with progressively higher walls, being able to drastically reduce the dimensions of the counterweight higher.
Como ejemplo de batería submarina de carga ascendente podría servir el de la Figura 4, aunque para ello tendría que estar perfectamente nivelado en todo momento el contrapeso inferior. En la práctica, el contrapeso inferior se dotaría de ciertas pendientes convergentes hacia un punto bajo por el que conectaría la tubería de carga/descarga de la batería.As an example of an underwater charging battery ascending could serve the one in Figure 4, although it would have that the counterweight should be perfectly level at all times lower. In practice, the lower counterweight would be provided with certain slopes converging towards a low point by which would connect the battery charge / discharge pipe.
La invención también incluye la posibilidad de disponer una batería con un único contrapeso superior, pero construido de tal forma que resulta ser flexible, que subirá y bajará al cargarse/descargarse la batería, que aprovecharía hondonadas en el fondo del mar para ser ubicada, y constaría tan sólo de una bolsa de material plástico flexible que se presionaría contra el fondo del mar por debajo y contra el contrapeso flexible por arriba (Figura 7).The invention also includes the possibility of arrange a battery with a single upper counterweight, but built in such a way that it turns out to be flexible, which will rise and will go down when the battery is charged / discharged, which would take advantage hollowed at the bottom of the sea to be located, and it would consist so only from a bag of flexible plastic material that would be pressed against the bottom of the sea below and against the flexible counterweight from above (Figure 7).
Dependiendo de la geología del fondo marino, la batería de contrapeso flexible podría eliminar la parte inferior de la bolsa, ya que, si dicho fondo marino tiene la consistencia suficiente, podrían ser despreciables las pérdidas de gas por el fondo.Depending on the geology of the seabed, the Flexible counterweight battery could eliminate the bottom of the bag, since, if said seabed has the consistency enough, gas losses from the background.
Además, se podrían reducir considerablemente las dimensiones del contrapeso flexible si se ubica la tubería de carga/descarga en el punto más inferior del fondo marino de tal forma que el gas de almacenamiento siempre se va encontrando superficies continuamente ascendentes durante el llenado de la batería, es decir, si se convierte en una batería submarina de carga ascendente y contrapeso flexible.In addition, the dimensions of the flexible counterweight if the pipe is located loading / unloading at the lowest point of the seabed of such so that storage gas is always found continuously ascending surfaces during filling of the battery, that is, if it becomes an underwater charging battery ascending and flexible counterweight.
Evidentemente, en las baterías submarinas de contrapeso flexible también se encuentra el par ajustado, ya que se impide el giro de la misma por utilizar como contrapeso inferior el propio fondo marino.Obviously, in the underwater batteries of flexible counterweight is also the adjusted torque, since it prevents its rotation by using the lower counterweight as the own seabed.
La fabricación de baterías submarinas de par ajustado de contrapeso flexible es mucho más simple que la del resto de baterías submarinas de par ajustado, ya que es factible dividir el contrapeso en partes e irlas bajando gradualmente desde un barco con una grúa. La invención incluye además la posibilidad de realizar la bajada de las partes del contrapeso con una cuchara bivalva cuyas paredes son huecas y contienen aire, de tal forma que contrarrestan ó reducen el peso a soportar y no crean par por encontrarse rodeando el contrapeso. Además, estas cucharas estarían dotadas de un foco y una cámara de video submarina que transmitirá la imagen del fondo marino al barco grúa para poder ejecutar con precisión la maniobra de descarga.The manufacture of underwater torque batteries Flexible counterweight adjustment is much simpler than the rest of submarine batteries of adjusted torque, since it is feasible to divide the counterweight in parts and gradually lowering them from a ship With a crane. The invention also includes the possibility of carrying out lowering the parts of the counterweight with a bivalve spoon whose walls are hollow and contain air, so that they counteract or reduce the weight to bear and do not create torque by being around the counterweight In addition, these spoons would be equipped with a focus and an underwater video camera that will transmit the background image marine to the crane boat to be able to execute the maneuver accurately Download
La invención también incluye la posibilidad de llegar a licuar el gas de almacenamiento, comprimiéndolo hasta llegar a su presión de vapor, reduciendo de esta forma drásticamente las dimensiones de la batería submarina, y reduciendo también drásticamente las dimensiones del contrapeso ó contrapesos necesarios, e incluso eliminándolos por completo en el caso de resultar que el líquido de almacenamiento tiene mayor densidad que el agua de mar (Figura 8).The invention also includes the possibility of get to liquefy the storage gas, compressing it until reach its vapor pressure, thereby drastically reducing the dimensions of the underwater battery, and also reducing drastically the dimensions of the counterweight or counterweights necessary, and even eliminating them completely in the case of it turns out that the storage liquid has a higher density than seawater (Figure 8).
Este sistema reduce de una forma tan importante el volumen a almacenar que incluso se podría pensar en su almacenamiento en tanques a presión en tierra.This system reduces in such an important way the volume to store that you could even think of your storage in pressure tanks on land.
Otra posibilidad de gran interés que incluye la invención consiste en utilizar aire atmosférico como fluido de almacenamiento en circuito abierto, es decir, consumiendo aire de la atmósfera para cargar la batería submarina de par ajustado y devolviendo el aire a la atmósfera una vez turbinado tras la descarga, pero con una salvedad importante, que estriba en que la compresión a la que ha sido sometido el aire es al menos la necesaria como para que se licúe el CO_{2} que contiene ó cualquier otro gas que se quiera eliminar del mismo. De esta forma, el CO_{2} se separa del aire y se puede proceder a descargarlo en el fondo marino, utilizando el aire limpio resultante para ser descargado y turbinado cuando se desee generar energía.Another possibility of great interest that includes the invention consists in using atmospheric air as a fluid of open circuit storage, that is, consuming air from the atmosphere to charge the underwater battery of tight torque and returning the air to the atmosphere once turbinated after the discharge, but with an important caveat, which is that the compression to which the air has been subjected is at least the necessary to liquify the CO_ {2} that contains or any other gas that you want to remove from it. Thus, CO2 is separated from the air and can be discharged into the seabed, using the resulting clean air to be discharged and turbinated when you want to generate power.
Por otro lado, si alguno de los gases que contenga el aire atmosférico y que se desee separar no se puede licuar independientemente, será necesario llegar a licuar el propio aire atmosférico, para proceder después a la separación por la destilación del mismo.On the other hand, if any of the gases that contain atmospheric air and that you want to separate can not be Blend independently, it will be necessary to liquefy your own atmospheric air, to then proceed to separation by distillation thereof.
Por otro lado, la invención incluye un sistema de triple batería de gas para combinar el almacenamiento de energía eléctrica proveniente de la red eléctrica costera con el aprovechamiento de la energía de las olas del mar y/o de la fuerza del viento mar adentro, caracterizado por disponer de una batería de baja presión (que puede ser la atmósfera en caso de utilizarse aire como gas de almacenamiento), desde la cual se comprime el gas hasta una batería submarina de par ajustado de media presión consumiendo energía proveniente de la red eléctrica costera, comprimiendo posteriormente el gas desde la batería submarina de par ajustado de media presión hasta una batería submarina de par ajustado de alta presión utilizando un sistema de aprovechamiento de la energía de las olas del mar y/o un sistema de aprovechamiento de la energía de la fuerza del viento que utiliza estas fuentes de energía para transmitirla directamente al gas de almacenamiento incrementando así su presión, quedando la energía total empleada almacenada en forma de gas almacenado en la batería submarina de alta presión, para ser posteriormente turbinado hasta la batería de baja presión cuando sea necesario (Figura 9).On the other hand, the invention includes a system triple gas battery to combine energy storage electricity from the coastal electricity network with the harnessing the energy of sea waves and / or force offshore wind, characterized by having a battery of low pressure (which may be the atmosphere if air is used as storage gas), from which the gas is compressed to a medium-pressure adjusted torque underwater battery consuming energy from the coastal power grid, compressing subsequently the gas from the adjusted torque underwater battery of medium pressure up to a high torque underwater battery pressure using an energy harness system of the waves of the sea and / or an energy use system of the force of the wind that uses these energy sources to transmit it directly to the storage gas thus increasing its pressure, leaving the total energy used stored in form of gas stored in the high-pressure underwater battery, to be subsequently turbined to the low pressure battery whenever necessary (Figure 9).
El sistema de triple batería de gas hace viable la utilización de la energía de las olas ó del viento mar adentro para transmitirla directamente al gas de almacenamiento, ya que, al alimentarse de la batería de media presión, se reduce considerablemente el problema del calentamiento del gas de almacenamiento al ser comprimido, que supone importantes pérdidas energéticas en este tipo de sistemas ó bien obliga a disponer de fuertes aislamientos térmicos. Además, se hace posible la utilización de estos sistemas mar adentro, ya que por sí solos requerirían grandes instalaciones que impedirían su viabilidad económica.The triple gas battery system makes it viable the use of wave or offshore wind energy to transmit it directly to the storage gas, since, at feed on the medium pressure battery, it is reduced considerably the problem of gas heating storage when compressed, which means significant losses energy in this type of systems or forces to have strong thermal insulation. In addition, the use of these offshore systems, as by themselves would require large facilities that would impede its viability economical
Además, es posible incorporar una ó varias baterías submarinas de par ajustado auxiliares intermedias entre la de media presión y la de alta presión, para poder realizar saltos diferentes entre las mismas con el sistema de aprovechamiento de la energía de las olas del mar en función de las características del oleaje, gobernado todo ello por un sistema de control.In addition, it is possible to incorporate one or several Intermediate auxiliary tight torque submarine batteries between the medium pressure and high pressure, to perform jumps different among them with the system of exploitation of the sea wave energy depending on the characteristics of the waves, governed by a control system.
La invención incluye la posibilidad de utilizar CO_{2} previamente capturado de centrales térmicas ó industriales como gas de almacenamiento en sistemas de almacenamiento de energía en baterías submarinas en circuito cerrado, de tal modo que se retiene en el sistema una determinada cantidad de CO_{2}, evitando de este modo su emisión a la atmósfera.The invention includes the possibility of using CO 2 previously captured from thermal or industrial plants as storage gas in energy storage systems in underwater batteries in closed circuit, so that retains a certain amount of CO2 in the system, avoiding in this way its emission to the atmosphere.
Por otro lado, la invención incluye un sistema de separación de efluentes gaseosos industriales, consistente en utilizar dichos efluentes como gas de almacenamiento en un sistema de almacenamiento de energía en circuito abierto (Figura 10), de tal forma que los efluentes gaseosos son comprimidos para hacerlos entrar en el sistema de batería ó baterías submarinas de par ajustado, obteniendo ya hasta este punto una primera ventaja al aprovecharse completamente la presión remanente de la que dispongan dichos efluentes. Pero la mayor ventaja de este sistema reside en que las baterías submarinas de par ajustado harán las veces de tanque de decantación del gas de almacenamiento, el cual, una vez quede en reposo y almacenado durante un tiempo determinado, se redistribuirá por capas de los diferentes gases que lo componen debido a las diferentes densidades de los mismos, siendo posible la separación completa y precisa de cada gas, emitiendo a la atmósfera tras ser turbinados los gases no dañinos para el medio ambiente, y enviando a sistemas de tratamiento el resto de gases.On the other hand, the invention includes a system of separation of industrial gaseous effluents, consisting of use said effluents as storage gas in a system of open circuit energy storage (Figure 10), of such so that gaseous effluents are compressed to make them enter the battery system or underwater torque batteries adjusted, obtaining to this point a first advantage to take full advantage of the remaining pressure available to them said effluents. But the biggest advantage of this system lies in that the adjusted torque underwater batteries will act as storage gas decanting tank, which, once it is at rest and stored for a certain time, it redistribute by layers of the different gases that compose it due to the different densities of them, being possible the complete and precise separation of each gas, emitting into the atmosphere after the turbines are non-harmful gases for the environment, and sending the rest of gases to treatment systems.
Por otro lado, bajo este procedimiento la separación entre los gases podría comenzar a producirse incluso desde el mismo momento de la compresión, ya que, dependiendo de las presiones de trabajo, es posible que determinados gases se licúen al ser comprimidos y por tanto puedan ser separados del resto previamente a su introducción en las baterías submarinas de par ajustado ó incluso en las propias baterías submarinas de par ajustado ó en baterías submarinas de par ajustado intermedias.On the other hand, under this procedure the separation between gases could start to occur even from the moment of compression, since, depending on the working pressures, it is possible that certain gases are liquefied at be compressed and therefore can be separated from the rest prior to its introduction in underwater torque batteries adjusted or even in the submarine torque batteries themselves adjusted or in intermediate batteries of intermediate adjusted torque.
En caso de que los gases estén completamente mezclados formando un nuevo gas, el procedimiento a seguir será llegar hasta la presión suficiente para licuar la mezcla, y a partir de ahí proceder a su separación por destilación de la mezcla, pudiéndose utilizar para ello también baterías submarinas intermedias.In case the gases are completely mixed forming a new gas, the procedure to follow will be reach enough pressure to liquefy the mixture, and from hence proceed to separation by distillation of the mixture, being able to also use underwater batteries intermediate.
En cuanto al CO_{2} resultante de este proceso, se puede inyectar en el fondo marino o incluso en acuíferos salinos bajo el fondo marino.As for the CO2 resulting from this process, it can be injected into the seabed or even in aquifers Salines under the seabed.
Finalmente, la invención también incluye un sistema de aprovechamiento eficiente del calor generado durante la compresión del gas de almacenamiento, caracterizado por proceder al enfriamiento del gas de almacenamiento previamente a su introducción a la batería submarina, cediendo su calor a otro fluido para usos varios previamente a su introducción a la batería submarina de par ajustado (salmuera de plantas desaladoras por ósmosis inversa para proceder a su evaporación, agua pretratada de estaciones depuradoras de aguas residuales para proceder a su tratamiento biológico, agua de piscifactorías para incrementar su productividad, etc), o bien permitiendo simplemente su intercambio de calor con el agua de mar para incrementar la evaporación del mismo y permitir la formación de nubes que incrementen las lluvias de una determinada área geográfica.Finally, the invention also includes a system of efficient use of heat generated during the compression of storage gas, characterized by proceeding to storage gas cooling prior to introduction to the underwater battery, giving up its heat to another fluid for uses several prior to its introduction to the submarine torque battery adjusted (brine from desalination plants by reverse osmosis for proceed to evaporation, pretreated water from treatment plants of wastewater to proceed to its biological treatment, water of fish farms to increase their productivity, etc.), or simply allowing heat exchange with seawater to increase its evaporation and allow the formation of clouds that increase the rains of a certain area geographical
Además, en determinados casos, el intercambio de calor podría realizarse en la propia conducción hasta la batería, disponiendo tuberías concéntricas donde se produciría el intercambio de calor, en lugar de tener que añadir un intercambiador de calor al sistema (Figura 11).In addition, in certain cases, the exchange of heat could be carried out in the conduction itself to the battery, arranging concentric pipes where the exchange would occur of heat, instead of having to add a heat exchanger to the system (Figure 11).
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Las principales ventajas que aporta la invención son las siguientes:The main advantages of the invention They are as follows:
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- garantiza la existencia de un par corrector ó nulo en caso de giro de las baterías submarinasguarantees the existence of a pair corrector or null in case of submarine battery rotation
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- optimiza el rendimiento energético de las baterías submarinasoptimizes the energy efficiency of underwater batteries
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- minimiza el coste de ejecución de las baterías submarinasminimizes the cost of execution of underwater batteries
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- se sirve de residuos sólidos urbanos e incluso de CO_{2}, que representan importantes problemas de contaminación ambiental, para la construcción de plantas de almacenamiento de energíabe it serves as urban solid waste and even CO2, which they represent important environmental pollution problems, to building energy storage plants
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- incrementa la seguridad de operación de las baterías submarinasIncrease the operational safety of underwater batteries
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- resuelve el problema del aislamiento térmico de las baterías submarinassolve the isolation problem thermal underwater batteries
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- optimiza la aplicación de las baterías submarinas para el almacenamiento de la energía de plantas de oleaje y de parques eólicos marinos, maximizando a su vez el rendimiento energético de dichos sistemas de generación y posibilitando su ubicación mar adentro en aguas profundasoptimize battery application submarines for energy storage of wave plants and offshore wind farms, maximizing the performance energy of said generation systems and enabling their deep sea offshore location
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- posibilita la aplicación de las baterías submarinas, así como de las plantas de oleaje y los parques eólicos marinos, a la desalación de agua de mar, a piscifactorías marinas y a otros muchos procesos industrialesenables battery application underwater, as well as wave plants and wind farms marine, to desalination of seawater, to marine fish farms and to many other industrial processes
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- constituye un sistema único de clasificación y separación de efluentes gaseosos industriales, especialmente apropiado para culminar con la inyección de CO_{2} en el fondo marino ó en acuíferos salinos bajo el fondo del mar.it constitutes a unique system of classification and separation of industrial gaseous effluents, especially suitable for culminating with the CO2 injection on the seabed or in saline aquifers under the bottom of the sea.
Se aportan seis figuras para ayudar a explicar la invención. Se hace referencia a las mismas desde distintos puntos de este documento, explicando en cada caso los diferentes detalles de la misma. Dichas figuras son las siguientes:Six figures are provided to help explain the invention. Reference is made to them from different points of this document, explaining in each case the different details Of the same. These figures are as follows:
Figura 1: Batería submarina con contrapeso inferiorFigure 1: Underweight battery with counterweight lower
Figura 2: Batería submarina con contrapeso superiorFigure 2: Underweight battery with counterweight higher
Figura 3: Batería submarina de doble contrapeso con cámara de almacenamiento de volumen fijoFigure 3: Double counterweight underwater battery with fixed volume storage chamber
Figura 4: Batería submarina de doble contrapeso con cámara de almacenamiento de volumen variableFigure 4: Double counterweight underwater battery with variable volume storage chamber
Figura 5: Batería submarina de doble contrapeso con cámaras múltiples de almacenamiento de volumen variableFigure 5: Double counterweight underwater battery with multiple variable volume storage cameras
Figura 6: Batería submarina con sistemas de seguridad total anti roturas, de llenado y vaciado eficiente y de protección contra sedimentos, y con contrapesos con núcleo de residuos sólidos urbanosFigure 6: Underwater battery with power systems Total security against breakage, efficient filling and emptying and protection against sediments, and with counterweights with core urban solid waste
Figura 7: Batería submarina de contrapeso flexibleFigure 7: Underweight counterweight battery flexible
Figura 8: Batería submarina de gas licuadoFigure 8: Liquefied gas underwater battery
Figura 9: Sistema de triple batería de gas para combinación de plantas de oleaje y/o parques eólicos marinos con la regulación de energía eléctrica de redes cercanas a la costaFigure 9: Triple gas battery system for combination of wave plants and / or offshore wind farms with the regulation of electricity from networks near the coast
Figura 10: Sistema de tratamiento de efluentes gaseosos industriales en baterías submarinasFigure 10: Effluent treatment system industrial soda in underwater batteries
Figura 11: Intercambiador de calor utilizando tuberías concéntricas a la propia tubería de carga/descargaFigure 11: Heat exchanger using concentric pipes to the loading / unloading pipe itself
De entre los diversos modos que han sido descritos, se expondrá a continuación el modo de realización de las baterías submarinas de par ajustado de doble contrapeso.Among the various modes that have been described, the embodiment of the Underwater batteries with a double-weighted torque.
Tal como se ha explicado anteriormente, en primer lugar se fabrica la batería submarina de par ajustado en la costa, y luego se comienza a fabricar la tubería de carga/descarga en tierra y a remolcar el conjunto lentamente mar adentro, bien con la batería submarina alojada en un buque remolcador y la tubería de carga/descarga manteniéndose en la superficie por flotación o bien arrastrando el conjunto por el buque remolcador mientras se mantiene flotando en la superficie del mar. De esta forma se va fabricando la tubería de carga/descarga en tierra mientras el conjunto se va llevando por la superficie del mar hasta el lugar desde donde se procederá a la inmersión del conjunto. A partir de aquí, se conectará el compresor a la tubería de carga/descarga y se comenzará con la inmersión del conjunto por flotación controlada, gobernada por un sistema de control que actuará sobre el compresor y sobre las válvulas de entrada/salida de la batería submarina en función de la profundidad a la que se encuentre la batería submarina en cada momento hasta llevarlo a su ubicación definitiva en el fondo del mar.As explained above, in First of all, the submarine battery of torque adjusted in the coast, and then it starts manufacturing the loading / unloading pipe on land and to tow the whole slowly offshore, well with the underwater battery housed in a towing vessel and the pipeline of loading / unloading staying on the surface by flotation or dragging the assembly along the towing vessel while holding floating on the surface of the sea. In this way, the loading / unloading pipe on land while the assembly is leaving taking along the surface of the sea to the place from where it will proceed to the immersion of the set. From here, it connect the compressor to the loading / unloading pipe and start with the immersion of the whole by controlled flotation, governed by a control system that will act on the compressor and on the inlet / outlet valves of the underwater battery depending on the depth at which the underwater battery is in each moment to take it to its final location at the bottom of the sea.
Las principales aplicaciones industriales de la invención son las siguientes:The main industrial applications of the invention are as follows:
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- como sistema de regulación de energía eléctrica de cualquier red eléctrica cercana a la costahow electric power regulation system of any network electric near the coast
- --
- como sistema de almacenamiento de energía de plantas de oleaje y parques eólicos marinoshow energy storage system for wave plants and parks offshore wind
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- como sistema de optimización energética de plantas de oleaje, parques eólicos marinos y plantas desaladoras de agua de marhow energy optimization system for wave plants, parks offshore wind farms and desalination plants
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- como sistema de aprovechamiento energético de las mareas como sistema de confinamiento de CO_{2} u otros efluentes gaseosos industrialeshow system of energy use of the tides as a system of confinement of CO2 or other gaseous effluents industrial
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- como sistema de clasificación y separación de efluentes gaseosos industrialeshow classification system and separation of gaseous effluents industrial
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- como sistema de purificación del aire atmosférico.how atmospheric air purification system.
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2009
- 2009-02-20 ES ES200900477A patent/ES2356209B1/en not_active Expired - Fee Related
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Also Published As
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