ES2649562B1 - Sistema almacenador de energía alternativa o excedente en neumática en el fondo del mar - Google Patents

Sistema almacenador de energía alternativa o excedente en neumática en el fondo del mar Download PDF

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Abstract

El sistema almacenador de energía alternativa o excedente en neumática en el fondo del mar, consiste en un recipiente (10), almacenador de aire a presión, el cual se coloca en el fondo del mar y mediante un conducto y a través de un cambiador de calor (13) se introduce y extrae aire desde el exterior. El conducto atraviesa en el exterior un almacenador de calor (15), y de este y a través de otro conducto se comunica con los suministradores de energía en forma de aire a presión de los suministradores de energía alternativos restantes y de la excedente de la red eléctrica, aplicados a una turbina que acciona un generador eléctrico. El aire o energía excedente, de un panel fotovoltaico (1a) alimenta un inversor de corriente (3) y se aplica a un motor eléctrico (4) que acciona un compresor (2) o se almacena en la bolsa recipiente (10).

Description

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DESCRIPCION
SISTEMA ALMACENADOR DE ENERGIA ALTERNATIVE O EXCEDENTE EN NEUMATICA EN EL FONDO DEL MAR
CAMPO DE LA INVENCION.- En almacenamiento de energias altemativas, y excedentes de la red electrica.
ESTADO DE LA TECNICA.- Las energias altemativas son muy variables ya que son funcion del sol, viento, olas, etc., no se aprovechan optimamente y tampoco las excedentes de energia. El almacenaje en energia neumatica no se efectua o se hace defectuosamente debido al volumen y coste de los recipientes. Los sistemas que utilizan el fondo del mar, tecnica (CAES), tienen muchas perdidas y no son practicos. Generalmente en la compresion se produce y pierde gran cantidad de energia en forma de calor. La presente invencidn utiliza un sistema que con unos recipientes o recipientes que pueden ser bolsas en el fondo del mar. unos almacenadores de calor y unos cambiadores de calor soluciona dichos problemas.
OBJETIVO DE LA INVENCION
Utilizar sistemas de almacenaje neumaticos economicos, sencillos y practicos.
Poder efectuar directamente el almacenamiento de la energia mecdnica, realizando la compresion in situ en el propio sistema eolico.
Producir el calentamiento del aire expandido utilizando el calor del mar y una camara calentada durante la compresion del aire.
Utilizar grandes tanques o bolsas de paredes send lias y economicas. Los tanques pueden ser cistemas de combustible, porciones de oleoductos u otros conductos desechados o fuera de uso.
Contribuir con un sistema, con el cual. por sus elevadas dimensiones y las altas presiones utilizadas, la energia potencial almacenada es muy grande.
Almacenar la energia fotovoltaica, eolica y de las olas en la costa.
DESCRIPCION DE LA INVENCION.- El sistema almacenador de energia altemativa o excedente en neum&tica en el fondo del mar de la invencion, consiste en un recipiente, almacenador de aire a presion, el cual se coloca en el fondo del mar y mediante un conducto y a traves de un cambiador de calor se introduce y extrae aire desde el exterior. El conducto atraviesa en el exterior un almacenador de calor, y de este y a traves de otro conducto se comunica con los suministradorcs de energia en forma de aire a presion de los suministradores de energia alternativos o de la excedente de la red electrica, aplicados a una turbina la cual acciona un generador electrico de 50 o 60 c/s. El aire o energia excedente se envia al almacenador donde se guarda hasta su uso.
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Un panel fotovoltaico alimenta un inversor de corriente y junto con la corriente procedente de un transformador que recibe corriente de la red, se aplica a un motor electrico que acciona un compresor cuyo aire junto con el procedente del recipiente, del almacenador de calor y del compresor del aerogenerador se aplica a la turbina a traves de unas valvulas de retencion y de un regulador de flujo y de revoluciones, la turbina acciona el generador.
El cambiador de calor, calienta el aire, absorbiendo la temperatura del agua que esta mas caliente, evitando que al expandirse se enfrie y se congele el vapor de agua.
El cambiador de calor puede constar de dos camaras o conductos concentricos entre si, enviando por el conducto interno el aire comprimido hacia la camara de almacenaje, retrocediendo el aire para su uso por la camara mas extema obligado por una valvula de retencion. El aire a su regreso pasa por la camara mas extema donde se expansiona y enfria. Durante la circulacion por esta camara extema el aire absorbe el calor del agua que esta mas caliente, de este modo al llegar a tierra el aire ha recuperado la temperatura o energla perdida durante su expansion, y se evita su congelation.
Otra variante de cambiador de calor porta en el conducto dos valvulas de retencion que le obliga a circular hacia el recipiente almacenador. Haciendo la descarga mediante una derivation que tiene una valvula de descarga y el cambiador de calor donde se absorbe el calor del agua del mar.
En el exterior del agua un almacenador de calor almacena el calor que se produce al comprimir el aire, este calor se restituye cuando se extrae el aire del mar y pasa por dicho almacenador.
Un sistema de control ayudado por avisadores luminosos y acusticos, manometros, medidores de flujo, valvulas de corte, retencion y sobrepresion controla su funcionamiento.
Los recipientes de almacenaje pueden ser flexibles o rigidos. Cuando son rigidos la salida o extremo del conducto se coloca en el interior de la zona alta del recipiente y portan una abertura o ranuras en la zona inferior para permitir la salida del agua cuando se introduce aire a presion en la zona superior de la camara. Los recipientes rigidos pueden ser cistemas de combustible o de transporte de fluidos, o porciones de conductos de oleoductos, gasoductos o similares generalmente deteriorados o fuera de servicio y pueden tener su zona inferior abierta.
Se puede utilizar una cuerda o cable en circuito cerrado entre dos poleas una fuera del agua y accionada mediante un motor o manubrio y otra en la zona lateral o
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inferior de los recipientes. A dicho cable se une el extremo de la manguera o conducto de modo que permite colocar su extremo en el interior de los recipientes.
Se pueden usar como energias renovables, la solar, la de las olas del mar y la eolica, en especial cuando esta se obtiene off-shore. La solar puede necesitar un inversor de corriente para alimentar al motor y compresor.
A la camara del almacenador de calor extemo se aplican capas interiores y/o exteriores aislantes termicas de lana de roca, fibra de vidrio, vidrio celular, cemento u hormigon refractario, arcillas con microesferas de aire, termoarcillas, etc., y para bajas temperaturas poliestireno expandido, poliestireno extruido y espuma de poliuretano, que reducen la perdida de energia calorifica. En el interior de la camara discurre el serpentin por donde circula el aire. El resto de la camara se rellena de rocas, grava o material denso que almacena el calor extraido al aire circundante, recuperando la energia transformada en calor durante la compresion.
Las presiones de almacenaje son las mismas que existen a la profundidad de uso.
Los compresores pueden ser de paletas, embolos, centrifugos, tipo roots, etc. Para altas presiones preferentemente se usaran compresores reciprocantes. Las turbinas pueden ser axiales o centrifugas
Opcionalmente anade una malla que recubre las bolsas o los recipientes, dandole consistencia y colaborando en la sujecion mediante el lastre y/o anclajes.
Las bolsas pueden tener una doble pared con el fin de dar seguridad y controlar las posibles fugas de aire a presion
El almacenaje del aire a gran profundidad es muy economico debido a que a la gran profundidad de trabajo la presion diferencial entre las paredes de los recipientes bolsas o recipientes es cero. Por tal circunstancia no se necesita gran grosor de pared para guardar o mantener el aire comprimido atrapado. Se usaran materiales resistentes a la corrosion y a gran profundidad para los conductos y bolsas un plastico tipo poliester PET o similar, caucho, etc. Los recipientes rigidos pueden ser de material termoplastico, metalicos inoxidables, hormigon, etc. Los conductos necesitan tanta mayor consistencia cuanto mas proximos se encuentren de la superficie del agua, dado que al ser un gas la presion es practicamente igual a gran profundidad que en la zona alta del mismo, como consecuencia en este punto la diferencia de presion sera maxima. La presion de utilizacion es igual a la del agua a la maxima profundidad de trabajo. Los conductos sumergidos deben tener una densidad superior a la del agua o deben estar lastrados. Como el elemento utilizado es aire, en caso de rotura la perdida no es importante.
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Aprovecha el almacenamiento in situ de la energia eolica obtenida off-shore que es mucho mas economica que la terrestre.
Funcionamiento: La energia alternativa o sobrante en forma de energia mecanica o electrica se aplica a los compresores directamente o mediante motores electricos que accionan dichos compresores inyectando aire a los recipientes donde se genera una alta presion o energia potencial. Cuando se necesite o demande la energia almacenada se expansiona y calienta en el cambiador de calor utilizando como elemento calentador el propio calor del agua del mar y el de la camara almacenadora de calor. A1 flujo de aire se le da salida controlada por un regulador de flujo que controla la velocidad de giro de la turbina y el ahemador a una ffecuencia de 50 o 60 Hz.
Ventajas: Es muy ecologico, sencillo y practico. El sistema tiene perdidas pero no son importantes debido a que solo se almacena la energia que ahora no se aprovecha.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La figura 1 muestra una vista esquematizada de una disposition del sistema de la invencion.
Las figuras 2 y 3 muestran vistas esquematizadas de variantes del sistema de la invencion que utilizan un cambiador de calor y recipientes diferentes.
La figura 4 muestra un tanque o cistema de combustible con un sistema de envio e introducion de la manguera en el interior de dicha cisterma.
La figura 5 muestra un tramo de gasoducto, oleoducto, etc.
DESCRIPCION MAS DETALLADA DE LA INVENCION
La invencion, figura 1, muestra el captador eolico (1) que acciona el compresor (2a) y/o el compresor (2) accionado este ultimo por el motor (4) que se puede alimentar bien del transformador (17) del excedente de un sistema de alta tension y/o de un inversor de corriente (3) que la recibe de los paneles fotovoltaicos (la). Ambos compresores (2) o el (2a) envian el aire comprimido por el conducto (9) y a traves de la camara (15) de almacenamiento de calor, calentada por la alta temperatura del aire comprimido, a la bolsa flexible (10) sujeta al fondo del mar mediante unas mallas (11) y unos lastres o anclajes (12). Unas valvulas de retention (7a y 7b) independizan los sistemas entre sf y evitan el retroceso del aire. Cuando hay demanda de energia el aire comprimido desde los compresores (2 y 2a) se envia directamente a traves del regulador (8) a la turbina (5) la cual acciona el generador (6) proporcionando la energia electrica, o bien se recupera la energia del aire almacenado en la bolsa flexible a traves de la valvula expansora (14) expandiendose y produciendose un fuerte enfriamiento del mismo,
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descargandolo en la camara o cambiador de calor (13) donde el agua del mar suministra su calor al aire evitando su congelacion. Posteriormente el aire pasa por (15) donde se produce una segunda etapa calefactora dirigiendose a continuacion por el conducto (9a) hacia el regulador (8) y a la turbina (5). La valvula de retencion (7a) obliga al aire a pasar a traves del cambiador de calor (13) durante su retroceso o utilization. La (7b) evita el paso por el cambiador de calor cuando se esta almacenando. El cambiador de calor (13) se muestra sin fijacion al terreno para facilitar su vision.
La figura 2 muestra el captador eolico (1) que acciona el generador electrico (6a) el cual junto con el transformador (17) de un sistema de alta tension o de un inversor de corriente (3) que la recibe de los paneles fotovoltaicos (la) alimentan el motor (4) que acciona el compresor (2), el cual envia el aire comprimido por el conducto (9), la valvula de retencion (7c) y de la camara (15) de almacenamiento de calor, calentada por el aire comprimido y el conducto interno o serpentin del cambiador de calor (13a) al recipiente invertido (10a). El recipiente esta abierto por su zona inferior con unos orificios y esta sujeto al fondo con los enganches (18). El aire se inyecta en la zona interna superior del recipiente. Tambien puede pasar por la zona externa del cambiador de calor (13a). Cuando hay demanda de energia el aire comprimido desde el compresor (2) se envia directamente a traves del regulador (8) accionando la turbina (5) y el generador (6), o bien se recupera el aire almacenado en el recipiente a traves de la zona o camara externa del cambiador de calor (13a) donde se expande y enfria. Dicha camara externa absorbe el calor del agua evitando su congelacion. Posteriormente por el conducto (9) el aire pasa por (15) donde se produce una segunda etapa calefactora dirigiendose posteriormente hacia el regulador (8) y la turbina (5). El cambiador de calor (13) utiliza sendas camaras o conductos concentricos entre si.
La figura 3 es similar al sistema mostrado en la figura 2, se diferencia en que el recipiente es una cisterna de combustible desechada (10b).
La figura 4 muestra el tanque o cisterna (10c) en cuya zona inferior se introduce el extremo de la manguera o conducto (9a) mediante una cuerda o cable en circuito cerrado (19) y la polea (20) en zona baja inferior de la cisterna. El extremo de la manguera (9b) es introducido en la zona inferior del tanque, rematando en la zona alta interna del mismo. En la zona superior y para colocarlo adecuadamente se le ariade la argolla (23) la cual se sujeta con la cuerda o cable (22).
La figura 5 muestra el tramo de oleoducto, gasoducto, etc. (lOd) con sus extremos obturados para utilizarlo como recipiente. Muestra la manguera o conducto de
aire (9a) y el extremo de la misma (9b) introducido en la zona inferior y rematando en la zona aha interna. En la zona superior y para colocarlo adecuadamente se le afiade la argolla (23) la cual se sujeta con la cuerda o cable (22).

Claims (21)

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    REIVINDICACIONES
    1. Sistema almacenador de energia altemativa o excedente en neumatica en el fondo del mar, del tipo que utiliza aire a presion en recipientes o bolsas en aguas profundas, que comprende:
    • Unos captadores suministradores de energia renovable,
    • Unas camaras (15) almacenadoras del calor producido por los compresores,
    • Unos recipientes almacenadores del aire comprimido en el mar, en aguas
    profundas,
    • Unos conductos que intercomunican los recipientes almacenadores con el exterior (9),
    • Unos cambiadores de calor en los conductos de intercomunicacion.
  2. 2. Sistema segun reivindicacion 1, caracterizado porque como captador y suministrador de energia renovable se utiliza un panel de celulas fotovoltaicas (la) que alimenta un inversor de corriente (3) y se aplica a un motor electrico (4) que acciona un compresor (2) cuyo aire se envia a los recipientes de almacenaje de energia,
  3. 3. Sistema segun reivindicacion 1, caracterizado porque como captador y suministrador de energia renovable se utiliza un aerogenerador (1).
  4. 4. Sistema segun reivindicacion 1, caracterizado porque la energia renovable y excedente se convierte en neumatica utilizando unos compresores (2 y 2a).
  5. 5. Sistema segun reivindicacion 1, caracterizado porque como almacenadores del aire comprimido se utilizan bolsas de plastico envueltas con una malla y lastradas al fondo del mar.
  6. 6. Sistema segun reivindicacion 1, caracterizado porque como almacenadores del aire comprimido se utilizan unos recipientes invertidos (10a), con su abertura hacia abajo.
  7. 7. Sistema segun reivindicacion 1, caracterizado porque como almacenadores del aire comprimido se utilizan unos recipientes con la forma de depositos o conductos.
  8. 8. Sistema segun reivindicacion 1, caracterizado porque los conductos (9) que intercomunican los recipientes almacenadores con el exterior son portadores de cambiadores de calor.
  9. 9. Sistema segun reivindicacion 1, caracterizado porque el cambiador de calor (13a) consta de dos camaras o conductos concentricos entre si, enviando por el conducto intemo el aire comprimido hacia la camara de almacenaje, retrocediendo el aire para su uso por la camara mas externa, donde se expansiona y enfria, calentandose al absorber el
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    calor del agua, obligado por una vdlvula de retention (7c).
  10. 10. Sistema segun reivindicacion 1, caracterizado porque el conducto (9) porta el cambiador de calor en una derivation (13) y mediante dos valvulas de retencion (7a y 7b) obliga al aire a circular hacia el recipiente almacenador, portando la derivacion una valvula de descarga (14).
  11. 11. Sistema segun reivindicacion 9 y 10, caracterizado porque los cambiadores de calor (13 y 13a), estan mas frios que el agua y absorben el calor de esta.
  12. 12. Sistema segun reivindicacion 1, caracterizado porque el almacenador de calor (15) almacena el calor que se produce al comprimir el aire, este calor se restituye cuando se extrae el aire del mar y pasa por dicho almacenador.
  13. 13. Sistema segun reivindicacibn 1, caracterizado porque los recipientes de almacenaje son rigidos, con la salida o extremo del conducto colocado en el interior zona alta del recipiente y portan una abertura o ranuras en la zona inferior para permitir la salida del agua.
  14. 14. Sistema segun reivindicacion 1, caracterizado porque al almacenador de calor (15) se aplican capas interiores y/o exteriores aislantes termicas de lana de roca, fibra de vidrio, vidrio celular. cemento u hormigon refractario, arcillas con microesferas de aire, termoarcillas, poliestireno expandido, poliestireno extruido y espuma de poliuretano.
  15. 15. Sistema segun reivindicacion 1, caracterizado porque por el interior del almacenador de calor discurre el serpentin por donde circula el aire y el resto se rellena de rocas, grava o material denso que almacene el calor del aire circundante, recuperando la energia transformada en calor durante la compresion.
  16. 16. Sistema segun reivindicacibn 1, caracterizado porque anade una malla que recubre las bolsas o los recipientes, dandole consistencia y colaborando en la sujecion mediante el lastre y/o anclajes.
  17. 17. Sistema segun reivindicacion 5, caracterizado porque las bolsas tienen doble
    pared.
  18. 18. Sistema segun reivindicacion 5, caracterizado porque las bolsas son de poliester PET, caucho, o materiales similares.
  19. 19. Sistema segun reivindicacion 1, caracterizado porque como recipientes se utilizan tanques o cistemas.
  20. 20. Sistema segun reivindicacion 7, caracterizado porque el recipiente es una porcibn de oleoducto, gasoductos o conducto similar con sus extremos obturados
  21. 21. Sistema segun reivindicacion 1, caracterizado por tener un cable en circuito
    cerrado entre dos poleas una fiiera del agua y accionada mediante un motor o manubrio y otra en la zona lateral o inferior de los recipientes, a dicho cable se une el extremo de la manguera o conducto de modo que permite colocar su extremo en el interior de los recipientes.
    5 22. Sistema segun reivindicacion 6 o 7, caracterizado porque los recipientes son
    rigidos y portan en su zona superior una argolla a la que se une una cuerda o cable.
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