ES2528174B1 - Central eléctrica de recuperación - Google Patents

Abstract

La presente invención consiste en una central hidroeléctrica caracterizada por no depender de sistemas de embalsado, por tener sus turbinas dispuestas en serie alimentando cada una de ellas más de un generador y por superar la rotación lenta causada por las pérdidas de carga mediante un sistema multiplicador. Además al utilizar su propia energía para alimentar su sistema de bombeo, se convierte en una central autónoma, sin dependencia de ningún combustible y sin necesidad de actuar respaldada.

Description

CENTRAL ELÉCTRICA DE RECUPERACiÓN

la presente invendón se encuadra en el sector técnico de la generación de energía eléctrica mediante el uso de recursos renovables. Concretamente se trata de una central hidroeléctrica S denominada central eléctrica de recuperación. A lo largo de la presente solicitud se usarán indistintamente ambas denominaciones.

SITUACiÓN GENERAL

Tal V como indica el LIBRO VERDE "Estrategia Europea para una energía sostenible, competitiva

y seguraH de la Comisión de Comunidades Europeas (5EC(2006)317), en las próximas décadas nos enfrentamos a un incremento gradual del consumO eléctrico con una dependencia exterior superior al 700...6 (frente al SOOA actual) manteniendo el volumen de emisiones y procesos

contaminantes actuales, aun reduciendo su porcentaje en el cómputo global.

15 A nivel mundial la situación es similar pues se espera que para el año 2050 se haya incrementado el consumo energético mundial en un 500,,6 sobre los volúmenes actuales. la mayor parte de este crecimiento se dará en países y zonas en vías de desarrollo. lamentablemente se teme que sea en estas áreas donde el empleo de combustibles fósiles y sistemas contaminantes crecerá en paralelo a su demanda energética en detrimento de energías alternativas de tipo renovable.

la Comunidad Internacional intenta frenar el deterioro medioambiental en que nos encontramos y evitar la debade a la que nos dirigimos con distintos proyectos. En Europa

25 tenemos el Plan Europeo 2030 que busca que la generadón eléctrica europea renovable en 2030 alcance un 30% en su conjunto; el Plan Europeo 2020 buscaba el 20%. En Estados Unidos el plan energético "American Power Plant" busca alcanzar en el año 2050 un SOO" de generación eléctrica mediante el uso de energías renovables dando preminencia a los sistemas hidroeléctricos. Por todo el mundo las organizaciones supranacíonales buscan alcanzar acuerdos para redudr las emisiones de C02.

RENOVABLES, SUS UMITACIONES, PROBLEMAS rtcNICOS y MEDIOAMBIENTAlES

Para poder utilizar tecnologías renovables limpias y reducir la emisión de C02, con los

35 problemas colaterales que implica, la Comunidad Internacional propugna el empleo masivo y sustitutivo de tecnologías consideradas limpias como la generación hidroeléctrica, eólica, solar, mareomotriz, geotérmica y biomasa principalmente.

Todas ellas implican una serie de problemas témicos, medioambientales y de eficiencia que la presente invención de la Central Eléctrica de Recuperación corrige y evita.

las tres principales fuentes renovables de generación eléctrica (hidroeléctrica, eólica y solar) son dclicas. Si tomamos como ejemplo el periodo 2010-2012 nos encontramos con una generación media de 2.950 horas/año para la generación hidroeléctrica. 2.300 horas/año para 45 la generadón eólica y de apenas 1.700 horas/año para la generación solar-fotovoltaica. Esta discontinuidad podría forzar, y de hecho lo hace, desconexiones no previstas de la red. Esa posibilidad de desconexión aleatoria de la red de estos tres sistemas de generación obliga al mantenimiento de centrales térmicas convencionales trabajando como respaldo para evitar el colaps.o de la red. Estas térmicas han de trabajar a baja potencia para poder incrementar su generación en ell000A. de la renovable potencialmente desconectada. Independientemente de que las térmicas trabajando a baja potencia emitan proporcionalmente mas C02 que trabajando a pleno rendimiento o no, lo cierto es que todas las centrales térmicas

convencionales contaminan y emiten C02 a la atmósfera. Esta invención corrige el problema porgue al ser un circuito hidrico cerrado trabaja de forma constante. continua y predecible mas de 8.500 horas/año sin necesidad de respaldo

S A las paradas cíclicas por razones de fuerza mayor, hay que añadir las paradas y mermas por mantenimiento. En la energía hidroeléctrica se ha de contar con la limpieza de fangos y re'itos orgánicos que transporte el lecho del rio dado que pueden llegar a taponar las zonas de paso. En la generación eólica en lona de costa, "off shore". hay que tener en cuenta que el viento

transporta agua, arena y sal. En la generación eólica y solar en zonas desérticas se ha de tener

en cuenta que el viento arrastra arena en grandes cantidades. los generadores mareomotrices han de hacer frente a la arena que bloquea las máquinas y a la sal que las corroe. Peor lo tiene la generación geotérmica que ha de hacer frente a sales minerales agresivas cuando no directamente toxicas. las calderas de biomasa se enfrentan a cenizas y metales pesados y el llamado biodiesel, que emplea ingentes cantidades de reOJrsos alimentarios para quemarlos

15 como gasolina, además de residuos genera mas C02 en su proceso que el que ahorra después. Esta invención corrige el problema pargue al ser un circuito hídrico cerrado se controla permanentemente la calidad del agua del circuito V se protege a la instalación de la acción de agentes externos.

Independientemente de las instalaciones de generación propiamente dichas, los mayores daños medioambientales al entorno, flora y fauna son la construcción de embalses artificiales y la cimentación de las torres eólicas. En estas últimas no se ha confirmado la inOCuidad de sus campos magnéticos sobre la fauna local y de paso. Pretender solucionar el prOblema con una central de bombeo implica la construcción de mas embalses artificiales arruinando de forma

25 permanente flora, fauna y arquitectura local. Pretender compaginar energía eólica para bombear el agua hada embalses superiores o aplicar energía termo solar y eólica para paliar las horas nocturnas en la energía solar fotovoltaica no deja de consistir en unir dos bajas eficiencias para seguir por debajo de su capacidad nominal de generación. Esta invención corriRe el problema porgue ademas de no tener impacto medioambiental apreciable en la zona de generación permite la recuperación de zonas afectadas V dañadas. como canteras V minas abandonadas y solares industriales en desuso.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCiÓN

35 la presente invención consiste en una central hidroeléctrica multi·turbina caracterizada por sustituir los sistemas de embalse o acometida fluvial por un circuito hídrico cerrado con un sistema de bombeo autónomo para mantener el agua en circulación las 24 horas del dia. Además, a diferencia del resto de sistemas de generación hidroeléctrica, la disposición de sus turbinas no es en paralelo con una turbina por canal sino en serie, siendo todas ellas alimentadas de forma consecutiva por el mismo caudal. Al tratarse de un circuito cerrado el mismo caudal alimenta de esta forma todas las turbinas de forma continua y permanente 24 horas al dia, Otra característica diferenciadora de esta invención es que cada turbina hace girar a su eje principal a una velocidad lenta de rotación. Asimismo cada uno de estos ejes principales no excitará un único generador como en el resto de centrales hidroeléctricas

45 convencionales sino varios simultáneamente. Para llevar a cabo esta función se vale de un sistema de ruedas dentadas, engranajes y rodamientos, tanto mecánicos como magnéticos, anclados directamente a cada eje principal o a ejes intermedios conectados al principal por uniones fijas, flexibles o rotatorias y que giran con el principal a baja velocidad de rotación. Este conjunto de ruedas, engranajes y rodamientos dará un efecto multiplicador a la velocidad del eje prindpal, o de los ejes intermedios, que se transmitirá a un eje secundario, o terciario, que será el que excite cada generador.

Otra característica de esta Central es que el sistema de bombeo se alimenta en su totalidad de la energía generada en la Central. Si se diseña a escala, en dimensiones reducidas, se convierte en la primera central hidroeléctrica móvil, apta para ser trasladada alli donde haga falta. Idónea para situaciones de emergencia o desastre natural donde los generadores de tipo

convencional necesitan combustible o sistemas especiales de aislamiento.

EXPLICACIÓN DETALLADA DE UNA REALIZACIÓN

Aprovechando la caída de ladera de una cantera abandonada se construye un canal de 3 m de ancho, 4 m de alto V 100 m de longitud con una pendiente total del 200..4.. El inicio del canal estará en la cota +20m y el final en la cota Qm. Su esquema en planta serían dos paralelas mientras que en sección seria la hipotenusa de un triángulo rectángulo de 98 m de base y 20 m de altura. Una tubería conectará ambas cotas con una geometría diseñada para optimizar la circuladón del agua e incluirá una estación de bombeo. En el canal se instalan cinco rotores o turbinas de palas fijas, tipo noria, de 5 m de diámetro, en posición de optimización del caudal de agua que reciban; tanto el perfil del canal como el de las palas se diseñara específicamente para esta aplicación. En nuestro proyecto los hemos instalado cada 20 m. en el canal el primer rotor estará en la cota +19m, el segundo rotor en la cota +15m, el tercer rotor en la cota +l1m, el cuarto rotor en la cota +7m y el quinto rotor en la cota +3m. En la cota O m se recoge el agua y se introduce en la estación de bombeo para bombearla a la cota +20. Cada rotor de palas gira sobre su eje principal a 15 r.p.m., ±20% en fundón de la posición; cada uno de estos ejes principales está firmemente asentado y permiten optimizar el giro de cada turbina, que quedará centrada en el eje principal, extendiéndose cada uno de ellos 20 m a cada lado de su respectiva turbina. En cada uno de estos lados se incluyen 2 coronas dentadas sobre la superficie del eje y separadas entre si 10m. Cada una de estas ruedas dentadas engarza con un juego de otros engranajes y rodamientos (magnéticos y mecánicos) que producen un efecto multiplicador y permiten alcanzar una velocidad de rotación óptima a un eje secundario que

será el que mediante un juego de imanes y otras piezas excitará un generador asíncrono, en nuestro proyecto, de 600 Kw. los 20 generadores de 600 Kw generarán 12 Mw de los cuales 2 Mw se transformaran y se enviaran a alimentar a la e<>tación de bombeo que se encargará de recircular permanentemente el agua del circuito. los 10 Mw restantes se suministrarán de forma constante y permanente a la red.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   S

   1. Sistema de Generación Hidroeléctrica diseñado para trabajar de forma continua y caracterizado por' no necesitar para su funcionamiento ni sistemas de embalsado ni acometidas externas de agua externa y caracterizado, al menos, por:

   10

   Un circuito cerrado de agua en permanente circulación gracias a una unidad de bombeo alimentada en su totalidad por parte de la energía generada en la propia Central Eléctrica de Recuperación. Una o mas turbinas giratorias dispuestas en serie que impulsadas por un mismo caudal de agua hacen girar de forma constante, continua V permanente cada uno de sus ejes centrales correspondientes a baja velocidad de rotación.

   15

   Un conjunto de ruedas dentadas, engranajes V rodamientos, magnéticos o mecánicos, anclados directamente a cada eje principal que transmite un efecto multiplicador de la velocidad de rotación del eje principal.

   20

   Un juego de ejes secundarios que accionados a alta velocidad de rotación permiten la excitación de sus generadores (síncronos o asíncronos) y la generación de energía eléctrica.

   25

   2. Sistema de Generación Hidroeléctrica según Reivindicación 1 pero caracterizado por tener un juego de ejes secundarios unidos al principal por uniones fijas, flexibles o rotatorias y que giran también a baja velocidad de rotación.

   30

   Un conjunto de ruedas dentadas, engranajes y rodamientos, magnéticos o mecánicos, anclados directamente a cada eje secundario que transmite un efecto multiplicador de la velocidad de rotación del eje secundario-principal. Un juego de ejes terciarios que accionados a alta velocidad de rotación permiten la excitación de sus generadores (síncronos o asíncronos) y la generación de energía eléctrica.