ES2534709A1 - Depósito flexible de aire comprimido submarino de profundidad constante regulada - Google Patents

Abstract

Depósito flexible de aire comprimido submarino de profundidad constante regulada, consistente en un recipiente flexible (1) que almacena aire comprimido en su interior a una presión determinada por la profundidad de establecimiento del mismo. La profundidad de establecimiento se mantiene mediante un lastre (2) unido a el recipiente flexible (1), compensando sus variaciones de flotabilidad en las operaciones de carga y descarga del aire comprimido que almacena, mediante la variación del empuje hidrostático, producido por la variación de volumen, en un sistema de flotabilidad (6) que le es transmitido empleando unos cables (7).

Description

Depósito flexible de aire comprimido submarino de profundidad constante regulada

Objeto de la invención

La invención se refiere a un nuevo tipo de depósito de aire comprimido flexible, para el almacenamiento de energía bajo el agua.

La principal característica innovadora consiste en que se encuentra sumergido a una profundidad constante mediante un sistema de regulación de su flotabilidad.

Campo de aplicación de la invención

La invención se encuadra en el sector de la producción de energía y dentro de éste en el almacenamiento de la energía.

Antecedentes de la invención

Actualmente en el estado de la técnica existen tres sistemas de almacenar la energía. En primer lugar, las baterías eléctricas. Estas son caras y con una vida operativa muy limitada. En segundo lugar, las centrales de bombeo. Estas son muy efectivas almacenando energía pero carece de movilidad, tienen un gran impacto ambiental y necesitan elevadas inversiones. En tercer lugar, el almacenamiento de energía mediante aire comprimido. Este es el sistema más efectivo, es barato, se instala en cualquier zona y se realiza en cualquier tamaño, con un rendimiento energético aceptable. No obstante, si el almacenamiento de energía mediante aire comprimido se realiza por medio de recipientes o recintos rígidos, la presión almacenada disminuye según el aire es extraído, degradándose la calidad energética del aire restante almacenado.

Con el fin de evitar este problema, en estos últimos años, se han desarrollado unas bolsas flexibles sumergidas ancladas al fondo marino. La presión a la que se encuentra sometido el aire almacenado en la bolsa flexible, depende de la profundidad a la que está fijada al fondo. Si el aire se extrae de la bolsa, el aire restante se mantiene siempre a la presión determinada por la profundidad de operación. Sin embargo, este sistema tiene dos desventajas. La primera, consiste en el anclaje de la bolsa al fondo marino. Si ésta tiene un elevado volumen, debido al empuje del aire almacenado, son necesarios unos anclajes con cimientos profundos con el objeto de sujetar la bolsa. La segunda, estos anclajes impiden la movilidad de la bolsa. La tercera, la bolsa no se puede establecer a gran profundidad, debido a la dificultad de su anclaje y por lo tanto no pueden almacenar aire a grandes presiones.

Sería por tanto deseable, encontrar un sistema de almacenar aire que resolviera los problemas reseñados.

Para lo cual la presente invención soluciona los citados problemas, combinando las siguientes características. Emplea una bolsa flexible de almacenamiento de aire comprimido, que se encuentra sumergída a una profundidad mantenida estable por medio de un lastre. Las variaciones de flotabilidad, en las operaciones de carga y descarga, son compensadas utilizando un anillo de flotabilidad. La invención se equipa con un sistema de remolque con el objeto de ser trasladada hacia cualquier punto de descarga del aire almacenado.

Todas estas características, consiguen el almacenamiento de aIre comprimido a cualquier presión requerida, fundamentalmente a elevadas presiones, por medio del establecimiento de la invención a gran profundidad y en cualquier zona del mar o lagos. Se posibilita también, el traslado de la invención con su carga de aire a elevada presión hacia puntos de descarga de este aire.

Por parte del solicitante se desconoce la existencia de alguna invención que reúna las novedosas características presentes en la invención aquí propuesta y cuyos elementos caracterizadores se detallan a continuación.

Descripción de la invención

El depósito flexible de aire comprimido submarino de profundidad constante regulada, consiste en un recipiente construido en un material flexible que contiene aire comprimido en su interior como sistema de almacenaje de energía. La presión del aire comprimido viene determinada por la profundidad a la que la invención esté establecida, debido a que la presión del agua del mar se transmite, a través de las paredes flexibles de la invención, al aire almacenado en su interior. El aire comprimido se introduce y se extrae de la invención a través de un medio de conducción de gases, como por ejemplo una tubería flexible.

La invención, al desplazar un volumen de agua igual a su volumen, crea una fuerza de empuje, el cual debe ser anulado, mediante la fuerza del peso de un lastre, de una masa igual a la masa de agua desalojada, con el fin de mantener la profundidad de establecimiento. Como el volumen de agua desalojado varía a la par que el volumen de aire comprimido almacenado, debido a la flexibilidad de la invención, sería necesario modificar el peso del lastre en los procesos de carga y descarga. Esta modificación se evita al disponer la invención de un sistema de flotabilidad. Este consiste en un medio de flotabilidad, como por ejemplo un anillo de flotabilidad, realizado en un material flexible, que al introducir o extraer aire comprimido de su interior, a través de un medio de conducción de gases como por ejemplo una tubería flexible, aumenta o disminuye de volumen. Esta variación de volumen del anillo de flotabilidad es de distinto signo que la variación de volumen del depósito flexible y se compensan entre si. El anillo de flotabilidad se sitúa sumergido, cerca de la superficie, por encima del depósito flexible y por lo tanto necesita una presión de inflado menor que la presión de operación del depósito flexible.

La figura l muestra el esquema de fuerzas aplicadas sobre la invención. El peso del lastre y de la invención es P. El empuje producido por el aire almacenado es El. El anillo de flotabilidad crea un empuje adicional E2. Se tiene que cumplir siempre que P = El + E2.

El depósito flexible se une con el anillo de flotabilidad a través de un medio de unión, como por ejemplo unos cables. El lastre está solidamente fijado al depósito flexible a través de un medio de fijación. Se consigue así, un control de la flotabilidad y se asegura que la invención opere siempre a la misma profundidad. Esta es la característica fundamental de la invención.

Una vez descritos los elementos y características fundamentales de la invención, se describen a continuación las características adicionales de la invención.

La invención, durante la operación de vaciado del aire comprimido, conserva la presión inicial en el aire extraído y en el resto del aire almacenado, debido a la presión ejercida sobre las paredes flexibles por el agua. La invención puede ser trasladada hacia la costa y descargada de su aire, mediante un remolcador. Con el propósito de evitar que la invención, en su remolque, ascienda y pierda profundidad, posee unos medios estabilizadores, como por ejemplo unas aletas estabilizadoras. Otro procedimiento de traslado hacia la costa, es dejar la invención a merced de las corrientes marinas favorables y una vez cerca de la costa, un remolcador finaliza el traslado. Para este fin está equipada con un medio de localización, como por ejemplo un GPS y así conocer su posición en tiempo real.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de dicha descripción un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.-Muestra el esquema de fuerzas aplicadas sobre una posible realización de la invención.

Figura 2.-Muestra una representación en perspectiva del sistema de flotabilidad, conducto umbilical y cables de unión de una posible realización de la invención.

Figura 3.-Muestra una representación en perspectiva de la bolsa flexible de almacenamiento de aire comprimido, lastre, conducto umbilical y cables de unión de una posible realización de la invención

Realización preferente de la invención

A la vista de las figuras se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferente de la invención. Se describe a continuación detalladamente los componentes, mostrados en las figuras.

La realización preferente de la invención consta, como elemento principal, de una bolsa flexible (l) de forma esférica, la cual almacena aire comprimido, sumergida siempre a una determinada profundidad. En la figura 3 está representada la bolsa flexible (1) que está realizada con un tejido ligero y muy resistente pegado a unas cintas flexibles de refuerzo (3) realizadas en materiales sintéticos.

La bolsa flexible (1) está lastrada con el anillo de lastre (2) que constituye la estructura soporte a la que se fijan las cintas de refuerzo (3). La profundidad a la que se sumerge la bolsa flexible (1), depende de la presión del aire que almacena en su interior. El anillo de lastre (2) está construido en acero, es hueco y se rellena con arena. Por el conducto umbilical (4), el cual une la parte superior de la bolsa flexible (1) con la conexión de aire comprimido (5) (ver figura 2), se introduce y extrae aire comprimido de la bolsa flexible (1). La conexión de aire comprimido (5) conecta el conducto umbilical (4) con el sistema de llenado de aire comprimido exterior a la realización preferente de la invención. Como indica la figura 2, la conexión de aire comprimido (5) está fijada a la estructura soporte del anillo de flotabilidad (6). El anillo de flotabilidad (6) está constituido por una bolsa flexible de forma toroidal, fabricada en un material flexible y expandible como el caucho sintético. Esta, al hincharse y deshincharse, mediante el aire comprimido que se le suministra del exterior, mediante una derivación con electroválvula alojada en la conexión de aire comprimido (5), compensa la variación de flotabilidad de la bolsa flexible (1) en su operación de carga y descarga de aire comprimido. El conjunto de la bolsa flexible (1) Y el lastre (2) están unidos, mediante los cables (7), al aniJIo de flotabilidad (6). El anillo de flotabilidad (6) está situado cerca de la superficie marina, con el fin de que la presión necesaria para su inflado sea muy baja. consiguiendo un elevado volumen y por lo tanto una elevada flotabilidad. El conducto umbilical (4) tiene en su unión con la bolsa flexible (1) una electroválvula con el fin de cerrar la bolsa flexible (1) y mantener su presión. Existe otra electroválvula en la conexión de aire comprimido (5), con el objeto de cerrar el conducto umbilical (4) y mantener la presión de su interior, ya que éste contiene un gran volumen de aire comprimido debido a su elevada longitud.

Cuando la bolsa flexible (1) está completamente llena de aire complimido, el sistema extelior de llenado se desconecta del conducto umbilical (4). Esta desconexión se efectúa mediante la conexión de aire comprimido (5). Esta, mediante su sistema de control informático, cierra las electroválvulas de la bolsa flexible (1) Y del conducto umbilical (4). Estas electroválvulas son del tipo "normalmente cerradas", de tal forma que para abrirse necesitan electricidad, que solo les llega cuando la conexión de aire comprimido (5) está conectada. En el proceso de llenado de aire comprimido, se abren las electroválvulas del conducto umbilical (4) y de la bolsa flexible (1). A medida que la bolsa flexible (1) se llena con aire comprimido a la presión adecuada, el anillo de flotabilidad (6) se deshincha en la proporción adecuada, para mantener la profundidad establecida. El proceso de variación de volumen del anillo de flotabilidad (6), es calculado y controlado por el sistema informático según las variaciones de profundidad detectadas por unos sensores de presión, situados en el exterior del anillo de lastre (2).

Las bolsas flexibles (1) llenas son vaciadas de aire comprimido de dos maneras:

En la plimera, un barco con depósitos de aire se amarra al anillo de flotabilidad (6), para a continuación desplegar y conectar su propia tubería flexible con la conexión de aire comprimido (5). A continuación, se conecta al sistema informático de mando de las electroválvulas de cierre de la bolsa flexible (1) y conducto umbilical (4), procediendo a su apertura y vaciado de los mismos. Una vez completado el vaciado, la presión del aire comprimido almacenado en el barco es la misma que la presión original de la bolsa flexible (1). El barco transporta el aire comprimido hacia tierra firme, en donde se utiliza para producir electricidad u otros fines.

En la segunda, un barco remolcador engancha su cable de remolque al anillo de flotabilidad (6), trasladando la realización preferente de la invención, sin que esta pierda profundidad ni presión, hacia estaciones de descarga de aire comprimido, sumergidas a poca profundidad con bolsas de flotabilidad, cerca de la costa. Con el fin de evitar que la bolsa flexible (1) ascienda cuando es remolcada, existen unas aletas estabilizadoras (8) fijadas en el anillo de lastre

(2) que ejercen una fuerza hacia abajo, anulando la fuerza ascensional de remolque. Las estaciones de descarga de aire comprimido están unidas mediante tuberías (sumergidas y/o fijadas en el fondo marino) a la costa, donde el aire comprimido se transforma en electricidad o se utiliza para otros usos. En el caso de que no exista demanda eléctrica, las realizaciones preferentes de la invención se almacenan cerca de la estación de descarga de aire comprimido, hasta el momento en que dicha demanda se restablezca. Si existe una corriente marina favorable, el remolcador sitúa la realización preferente de la invención en la misma, con el fin de que sea arrastrada cerca de la costa. Allí otro remolcador la traslada a la estación de descarga de aire comprimido. Una vez vaciada de aire (mediante el procedimiento desclito antes) y con el anillo de flotabilidad (1) hinchado al máximo, es trasladada mediante un remolcador o por corrientes marinas, a su emplazamiento oliginal o a uno nuevo, manteniendo siempre la misma profundidad. Está equipada con un sistema de localización GPS, con el objeto de conocer en tiempo real su situación.

Claims (2)

1. REIVINDICACIONES

   l. Depósito flexible de aire comprimido submarino de profundidad constante regulada, del tipo que consta de un

   5 recipiente flexible (1) que almacena aire comprimido en su interior a una presión determinada por la profundidad de establecimiento del mismo, caracterizado por el hecho de que mantiene su profundidad de establecimiento por medio de un lastre (2) unido a él, compensando sus variaciones de flotabilidad en las operaciones de carga y descarga del aire comprimido que almacena, mediante la variación del empuje hidrostático, producido por la variación de volumen, en un sistema de flotabilidad (6) que le es transmitido empleando unos cables (7).
2. 2. Depósito flexible de aire comprimido submarino de profundidad constante regulada, según reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que al ser vaciado de aire comprimido, mantiene la presión que determina su profundidad en todo momento; porque está equipado con unos medios estabilizadores (8) con el fin de mantener su profundidad cuando es remolcado; y porque está equipado con un medio localizador con el objeto de conocer en

   15 tiempo real su posición de operación y su rumbo cuando es transportada por las corrientes marinas.