ES2798158A1

ES2798158A1 - Sistema y metodo de generacion y almacenamiento de energia

Info

Publication number: ES2798158A1
Application number: ES201930511A
Authority: ES
Inventors: Ilander Aarne Ciriaco Pérez-Bustamante
Original assignee: Magellan & Barents S L
Current assignee: Magellan & Barents S L
Priority date: 2019-06-06
Filing date: 2019-06-06
Publication date: 2020-12-09

Abstract

Sistema y método de generación y almacenamiento de energía, comprendiendo un tanque de cabecera comunicado con un tanque de cola, que almacenan a presión atmosférica dos fluidos con diferente densidad, donde el tanque de cabecera almacena un fluido denso con una densidad mayor que el fluido de baja densidad del tanque de cola; y donde el sistema comprende unas conducciones forzadas y unos depósitos intermedios presurizados por donde circulan los fluidos con diferente densidad, y un equipo reversible que comprende al menos una turbina y una bomba que son alimentadas con fluido de baja densidad; y donde se genera electricidad cuando el fluido de baja densidad, impulsado por el fluido denso, hace girar la turbina; y donde se almacena energía cuando se bombea el fluido de baja densidad, el cual empuja el fluido denso hasta hacerlo regresar al tanque de cabecera.

Description

DESCRIPCIÓN

SISTEMA Y MÉTODO DE GENERACIÓN Y ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención consiste en un sistema que comprende una serie de elementos hidráulicos con los que se consigue almacenar energía y generar electricidad. En concreto, la presente invención tiene como objeto el almacenamiento de energía a partir de un sistema que combina al menos dos fluidos con densidades diferentes, donde el fluido denso impulsa el fluido de baja densidad para generar electricidad, mientras que el fluido de baja densidad puede ser bombeado para, a su vez, empuje el fluido denso, permitiendo a este último retornar y quedar almacenado en un tanque o depósito inicial.

El campo técnico de la presente invención está relacionado con la tecnología hidráulica y se encuadra, más concretamente, dentro de los diferentes equipos y sistemas cuyo objetivo es el almacenamiento y la generación de energía.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad es conocida la importancia de la generación de energía a partir de fuentes renovables y limpias, destacándose la generación de energía a partir del sol, el viento y el agua. Estas formas de generación provocan un impacto mínimo en el medioambiente y tienen como principal ventaja que apenas contaminan si se comparan con las generaciones convencionales que aprovechan combustibles fósiles.

Sin embargo, también es sabido que estas energías comúnmente conocidas como renovables o limpias tienen dos problemas principales, los rendimientos en cuanto a la producción de energía, y los problemas relativos al almacenamiento de dicha energía.

La presente invención se encuadra dentro de las energías renovables relacionadas con la producción hidroeléctrica. En este sentido, es bien sabido que la generación hidroeléctrica convencional se basa en hacer fluir agua a presión a través de un sistema hidráulico donde se genera electricidad en turbinas.

Como en toda tecnología, ha habido avances y, en concreto, se ha tratado de solventar los dos problemas previamente indicados (el de la optimización de los rendimientos cara a los picos de consumo, y por otro lado el del almacenamiento), mediante el recurso a determinados sistemas.

Los referidos problemas han sido abordados por los conocidos como sistemas hidroeléctricos reversibles, que dan como resultado las centrales hidroeléctricas reversibles. Estos sistemas se basan la posibilidad de transformar la energía potencial del agua en electricidad; y asimismo, la de realizar este camino a la inversa, es decir, aumentar la energía potencial de ese mismo agua (volver a subirla al embalse de origen) mediante un consumo energético que siempre será menor que el producido previamente. Esto implica el poder desarrollar una especie de pila o batería gigante a partir de dos embalses o depósitos a distinta cota, conectados entre sí mediante elementos de bombeo y son, por tanto, capaces de generar electricidad en horas pico, satisfaciendo la demanda energética en estos mismos tramos horarios y almacenando energía en horas valle, cuando el coste y el consumo es menor. Esta tecnología es conocida, y evidentemente se basa en la utilización del agua embalsada o retenida y bombas convencionales, pero tiene el inconveniente de que está sujeta a la topografía y a la necesidad de disponer diferentes cotas entre depósitos y grandes superficies de explotación. Por ello mismo plantea el problema de que no puede ser utilizada en regiones llanas o de espacio reducido.

Teniendo en cuanta este problema técnico, la presente invención constituye una solución que se puede implementar no sólo en regiones con diferentes cotas, sino también en regiones llanas o donde el espacio es escaso; y esto se consigue a partir de un sistema que comprende elementos hidráulicos en combinación con dos tipos de fluidos, uno de alta densidad y otro de baja densidad, con los que adicionalmente se mejora la potencia generada en las instalaciones hidroeléctricas conocidas.

Así las cosas y tomando en consideración tanto los problemas técnicos existentes en este campo industrial como de las soluciones conocidas, se indica que no se conoce ningún sistema hidráulico de bombeo en el que los depósitos o embalses se encuentren a la misma cota, es decir, que pueda ser instalado en terrenos llanos y, que a su vez, utilice fluidos distintos del agua. Este hecho hace factible que el sistema pueda ser utilizado en lugares de difícil acceso, donde puede haber o no diferencia de cotas, como por ejemplo minas o plataformas flotantes, lo que no es posible con los sistemas hidráulicos de bombeo convencionales actualmente conocidos.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La invención consiste en un sistema de almacenamiento hidráulico presurizado que incluye un primer depósito o tanque de cabecera y un segundo depósito o tanque de cola, donde el tanque de cola, que puede estar ubicado debajo o a la misma altura que el tanque de cabecera. Una de las particularidades de la invención reside en que el tanque de cabecera comprende un fluido denso, mientras que el tanque de cola comprende un fluido con una baja densidad, preferentemente agua. Ambos tanques se comunican por medio de un conjunto de tuberías a presión y válvulas que interconectan ambos tanques; comprendiendo dicha interconexión, al menos un equipo reversible de bombeo-turbina, así como la posibilidad de comprender depósitos intermedios a presión.

Este invento está pensado para que, en tiempo de demanda energética, el fluido denso empuje el agua y este a su paso por la turbina genere electricidad; mientras que, en tiempo de demanda baja con exceso de generación de energía y para evitar su vertido o pérdida, o cuando el tanque de cabecera esté vacío o próximo a vaciarse, una bomba impulse el agua y este, a su vez, al fluido denso de nuevo en dicho tanque.

El fluido denso hace referencia a un fluido con una densidad superior al agua. En una realización preferente de la invención, este fluido denso es un lodo obtenido a partir de la mezcla de partículas de magnetita con agua, donde el porcentaje de partículas en el lodo es igual o superior al 50% (siendo el porcentaje en volumen respecto del total de la mezcla). Estas partículas son preferente de tamaño polvo y tienen de menos de 100 micras. En este sentido, una de las ventajas de este sistema es que puede ser ubicado en zonas de poco espacio, por lo que es susceptible de ser utilizado en minas. Incluso se puede recurrir a la utilización de un lodo formado a partir de residuos mineros, que generalmente son finos de magnetita y que no son valorados como materia prima para la siderurgia, pero que son óptimos para la generación del lodo de la presente invención. El lodo puede comprender una pequeña cantidad de surfactante, en el orden de menos del 1% (siendo el porcentaje en volumen respecto del total de la mezcla). Adicionalmente, puede haber otras variantes del lodo, en las que se comprende anticongelante para prevenir congelación del fluido; lodos con una alta concentración de magnetita para aplicaciones especiales; lodo con CO²supercrítico en lugar de agua que aumenta la fluidez respecto del agua y sirve para conducciones de menor diámetro y coste. En todo caso, cuanto mayor sea el % de partículas de lodo en la mezcla, mayor será la densidad.

En esta realización preferente se utiliza un lodo a partir de magnetita con una densidad de entre 3 y 4 tm/m3, lo cual implica más de 3 veces la densidad de agua. La razón de esta densidad es que cuanto mayor sea esa diferencia respecto del agua, mayor es la capacidad de almacenamiento de energía del sistema. Por ejemplo, en caso de tener un lodo que tenga 3 veces la densidad del agua, la capacidad de almacenamiento del sistema es 3 veces la que se necesitaría en el caso de utilización solo de agua debido a la masa respecto de la del agua. De igual manera, el sistema puede producir la misma cantidad de energía utilizando menos volumen de fluido y/o menos diferencia entre cotas de tanques. Por esta razón la invención se puede utilizar en terrenos llanos y de escaso espacio. Esto permite a su vez poder desarrollar sistemas con menores costes y con mayor versatilidad de diseño.

A su vez, el uso de un fluido de alta densidad en el sistema mejora la potencia de salida. Por ejemplo, en el caso de un sistema que emplea un sistema de flujo binario con lodo y agua en un terreno plano que tiene los tanques de cabecera y de cola a presión atmosférica, y depósitos intermedios a presión debajo de dichos depósitos, la presión en el depósito más bajo por la columna de lodo depende de la altura (o profundidad) a la que se encuentra dicho depósito presurizado. La presión en la salida de la turbina es proporcional a la diferencia de altura entre el primer tanque y la cavidad presurizada, y a la diferencia entre las densidades del lodo y del agua. Finalmente, la potencia generada por el sistema es proporcional al caudal del fluido y la presión de salida de la turbina, y se puede definir como P=c*Q*H*(d1-d2), donde c es una constante, Q es el caudal (que depende del dimensionado particular del sistema), H es la diferencia de altura entre el tanque de cabecera y el depósito presurizado más profundo donde está en contacto el lodo y el agua, y d i es la densidad del lodo, y d2 es la densidad del agua. En el caso de que la densidad del lodo sea 3 veces la del agua, el uso de este sistema fluido incrementa la potencia generado aproximadamente el doble. En un ejemplo de sistema donde el tanque de cabecera se ubique a una altura superior al tanque de cola y la presión de superficie libre de los fluidos sea la misma en ambos tanques, la potencia final generada responde a una formula semejante P=k*Q*(cHd1-chd2) donde k y c son constantes, Q es el caudal, H es la diferencia de altura entre el tanque de cabecera y el depósito presurizado más profundo donde está en contacto el lodo y el agua, h es la diferencia de altura entre el tanque de cabecera y el tanque de cola, d i es la densidad del lodo, y d2 es la densidad del agua. Por tanto, en este supuesto, cuanto más grande es H respecto de h, la potencia generada es mayor. Esto, en relación con el anterior caso, supone que la tipología donde se genera más potencia es en el supuesto de ubicación del sistema en un terreno llano donde el tanque de cabecera y el tanque de cola están a la misma altura. Adicionalmente, se puede observar que el uso de al menos dos fluidos con diferencia de densidad mejora la generación de electricidad.

En una realización particular de la invención, el sistema se configura a partir de un primer depósito de cabecera a presión atmosférica que comprende un fluido denso. A partir del depósito de cabecera se dispone una tubería forzada que comunica el depósito de cabecera con un depósito inicial a presión, preferentemente una cavidad presurizada, que comprende el fluido denso con gas, preferentemente nitrógeno o CO². Esta cavidad presurizada inicial a presión se comunica a través de una tubería forzada que comprende gas con un segundo depósito intermedio presurizado que comprende gas y agua. Finalmente, este depósito intermedio a presión se comunica a partir de una tubería a presión de agua que comprende una turbina con el tanque de cola a presión atmosférica, comprendiendo también agua. A partir de esta configuración básica, el sistema puede comprender diferentes configuraciones adicionales, como puede ser la inclusión de un dispositivo de removilización del fluido denso, o la inclusión o eliminación de alguno de los depósitos intermedios a presión.

A partir de este sistema, en la fase de generación de energía, el fluido de menor densidad, es decir, el agua, se hace pasar a través de la turbina del equipo reversible hacia el tanque de cola. Esto hace que la turbina genere electricidad de acuerdo con los criterios explicados con antelación. El sistema puede comprender un inyector en la salida de la tubería forzada hacia la turbina que mejore dicha aportación o alimentación. En la fase de recarga, el fluido de menor densidad es impulsado hacia la parte inicial del sistema por medio de la bomba del equipo reversible. Esto hace que el fluido de mayor densidad sea empujado de nuevo hacia el tanque de cabecera. El comportamiento de los fluidos en los depósitos intermedios presurizados es tal que, debido a la gran diferencia de densidad, ambos fluidos no se mezclan, permaneciendo uno en la parte del fondo de la cavidad, mientras que el otro se ubica en la parte superior. Adicionalmente, en todos estos depósitos o cavidades se dispone de unos medios o puertos de salida y entrada del fluido que previenen de la entrada de un fluido en las conducciones forzadas o una mezcla indeseada. En todo caso, a medida que el fluido de alta densidad continúa saliendo del primer tanque o tanque de cabecera y se desplaza por gravedad por la conducción forzada, esto hace que el fluido de menor densidad se desplace hacia el tanque de cola, lo que provoca que el agua salga a presión y haga girar la turbina generando electricidad. Por el contrario, en la fase de recarga, el fluido de menor densidad se bombea hacia los depósitos intermedios, lo que obliga al fluido de alta densidad a regresar al tanque de cabecera. Por tanto, los depósitos intermedios se configuran, no solo con los puertos de entrada y salida, sino con las dimensiones necesarias para poder soportar las presiones creadas en el empuje entre ambos fluidos tanto en la operación de generación de energía como en la de recarga.

A modo de resumen se puede indicar que, en la fase de generación de energía, el fluido de alta densidad fluye desde el primer depósito hacia el segundo, desplazando el fluido de baja densidad al segundo depósito a través de la turbina, que gira generando energía. En la fase de recarga, la turbina bombea el fluido de menor densidad hacia el primer depósito, desplazando el fluido denso al interior de ese primer depósito para recargar el sistema. Cuando ambos fluidos circulan por el sistema, éste se configura para evitar que el fluido denso pase por la turbina.

En cuanto al equipo reversible, el fluido en contacto con este equipo es el fluido de baja densidad, es decir, el agua, y el fluido de alta densidad nunca entra en contacto con este equipo. En una realización de la invención se utiliza una turbina del tipo Francis. En otra realización de la invención, el equipo está diseñado a partir de dos conducciones, distinguiendo la conducción en la que se dispone la turbina y la conducción en la que se dispone la bomba, y en este último caso se puede disponer de una turbina Pelton con una bomba, o cualquier otro tipo de turbina.

Una particularidad de la invención es que mejora la generación de energía gracias a ciertas modificaciones que se pueden realizar en la zona de las turbinas. En este sentido, en el mercado existen multitud de bombas adecuadas que impulsan caudales de agua relativamente bajos a presiones muy elevadas (por ejemplo, para los pozos de fracturación hidráulica). En las turbinas no ha surgido la necesidad de trabajar con presiones de más de 200 bar. La velocidad de salida del chorro es proporcional a la presión y a partir de 300 bar la velocidad se aproxima a la del sonido en el aire, con el riesgo de que se formen ondas de choque muy destructivas. A fin de evitar estos problemas y dado que en este sistema hidráulico se puede disponer de saltos elevados donde se comparten las conducciones de carga y recarga, la turbina se ubica en un espacio estanco rellenado con un gas presurizado, preferentemente con helio. La utilización de helio está especialmente recomendada para turbinas tipo Pelton. También se puede utilizar hidrógeno, pero este gas es de manejo más difícil. Por otra parte, dado que el espacio está presurizado, se puede disponer varias turbinas en serie, fraccionando el salto a voluntad y generando mayor electricidad.

En todo caso se han realizado estudios a partir de los datos topográficos en el Cañón de Avilés en donde la altura entre el tanque de cabecera y el primer depósito presurizado es de unos 4000 m, se utiliza un caudal de 1 m3/s, se genera una potencia de unos 120 MW, y a partir de un volumen de lodo de 14440 m3, funcionando durante 4 horas se puede llegar a almacenar hasta 480 MWh, cuando en un sistema semejante en el que se utiliza únicamente agua se pueden almacenar solo 20 Mwh con 14130 m3 de agua; o que para almacenar 180 MWh sería necesario almacenar 560000 m3 de agua. En otro estudio realizado en el Túnel de Huerna en Asturias, la anterior altura es de aproximadamente 340 metros, por tanto, con un volumen de lodo también de 14440 m3, con un caudal de 1 m3/s se puede obtener una potencia de 10 MW, y durante 4 horas se puede almacenar unos 40 Mwh. Finalmente, también se ha realizado un estudio en el paraje de la sierra de Aramo- Pozo Monsacro, con una altura de 2000 m, un volumen de lodo también de 14440 m3 y con un caudal de 1 m3/s se puede obtener una potencia de 60 MW, y durante 4 horas se puede almacenar unos 240 MWh.

Para completar la descripción general del invento, y comparando este sistema con otros conocidos, la presente invención tiene aspectos medioambientales muy positivos, como el que todos los fluidos inertes y potencialmente dañinos están en un circuito cerrado sin posibilidad de contaminación exterior; y el permitir la ocupación de áreas reducidas en el fondo marino a gran profundidad reduciendo el impacto tanto ambiental como en otros sectores como el pesquero. De igual modo la presente invención presenta ventajas y mejoras operativas, como es el fácil mantenimiento de todos los equipos, puesto que pueden ser móviles y estar en la superficie; se puede utilizar cualquier tipo de agua y pueden emplearse lodos que no tienen otras aplicaciones industriales. Además permite dimensionar el sistema acorde a las necesidades, pudiendo reducir dimensiones para ocupar espacios reducidos o potenciar equipos compactos para trabajar a altas presiones.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Con el objeto de completar la descripción y de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se presenta un juego de figuras y dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo se representa lo siguiente:

La Figura 1 es un esquema del sistema de almacenamiento objeto de la presente invención ubicado en un terreno llano.

La Figura 2 es la adecuación de dicho sistema a una plataforma flotante.

La Figura 3 es un esquema del sistema en la que las instalaciones se ubican próximas a la costa, con un barco con el depósito de cabecera, un depósito presurizado en el lecho marino y el depósito de cola en la costa.

La Figura 4 es un esquema del sistema de almacenamiento objeto de la presente invención cuando es ubicado en un espacio reducido y en el que hay desnivel como puede ser una explotación minera.

La Figura 5 es un esquema del sistema de almacenamiento donde se incluyen medios de removilización del fluido denso.

La Figura 6 es un esquema de un equipo reversible de bombeo-turbina comprendido en el sistema objeto de la presente invención.

La figura 7 es una representación de una zona presurizada con helio donde se ubican varias turbinas del tipo Pelton en serie.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS FIGURAS DE LA INVENCIÓN

En la Fig.1 se puede observar del sistema de almacenamiento en un terreno llano, que es una particularidad que se puede conseguir frente a los sistemas conocidos donde se requiere que haya una diferencia de cota entre depósitos o tanques iniciales y finales. En esta figura se puede observar que el sistema se comprende un primer depósito de cabecera a presión atmosférica que comprende un fluido denso (FD), donde este depósito es el tanque de cabecera (1). Este tanque comprende una salida regulada con la que se inicia una tubería forzada (2) que es una conducción que comunica el tanque de cabecera (1) con un primer deposito presurizado (3) ubicado a una cota por debajo del tanque de cabecera (1) y del tanque de cola (8), que preferentemente es una cavidad, y donde en esta tubería forzada (2) circula por gravedad únicamente fluido denso (FD). El primer depósito presurizado (3) comprende un puerto de entrada que impide la entrada en la tubería forzada (2) de otro fluido que no sea el fluido denso (FD). Este puerto de entrada puede ser variable, y puede comprender al menos una válvula y/o una membrana. En el primer depósito presurizado (3) se dispone de un segundo fluido denso que es gas (FG), preferentemente helio, metano, hidrógeno, nitrógeno o CO2, y en su salida también se comprende un puerto de salida de características semejantes al de la entrada. En esta cavidad el fluido denso (FD) no se mezcla con el fluido con gas (FG). El primer depósito presurizado (3) se comunica a través de otra conducción forzada (4) con un segundo depósito intermedio presurizado (5) ubicado a una cota superior que el primer depósito presurizado (3), donde en esta segunda cavidad se dispone de gas (FG) y fluido baja densidad (FA) que preferentemente es agua. En el depósito intermedio presurizado (5) se dispone también de un puerto de entrada y uno de salida que impide que en la conducción forzada (4) entre el fluido de baja densidad (FA). A partir de esta segunda cavidad hay una tubería a presión (6) de fluido de baja densidad (FA) que se comunica con el tanque de cola (8) a presión atmosférica, el cual comprende agua o dicho fluido de baja densidad (FA). En la tubería a presión (6) que comunica dicha cavidad intermedia y el tanque de cola se dispone de un equipo reversible (7) de bombeo-turbina, es decir, que comprende al menos una turbina y una bomba, con la que el sistema puede operar para generar electricidad, cuando la turbina es empujada a presión por el fluido de baja densidad (FA), o para la recarga o almacenamiento de energía, para lo cual la bomba impulsa el fluido de baja densidad (FA) el cual empuja a los fluidos densos hasta la recarga y almacenamiento del fluido denso (FD) en el tanque de cabecera (1).

Se ha de tener en cuenta que en una realización preferente de la invención, el fluido denso (FD) es un lodo a partir de la mezcla de partículas de magnetita con agua, donde el porcentaje de partículas en el lodo es igual o superior al 50% (siendo el porcentaje en volumen respecto del total de la mezcla), y con una densidad de al menos 3 tm/m3; el gas (FG) es nitrógeno, helio, metano, hidrógeno o CO2; y el fluido de baja densidad (FA) es agua; por tanto, el fluido denso (FD) es al menos 3 veces más denso que el fluido de baja densidad (FA).

En la Fig.2 se puede observar que el sistema anterior puede ser ubicado en plataformas marinas o embarcaciones (E), lo cual no es posible ejecutarse con otros sistemas conocidos. El poder ubicarlo en estas plataformas llanas, además de las ventajas de generación eléctrica y almacenamiento de energía que conlleva intrínsicamente el sistema, permite que el mantenimiento y operatividad de los diferentes componentes sea más sencillo y barato.

En la Fig.3 se puede observar que el sistema anterior puede ser ubicado en instalaciones marinas próximas a la costa, donde dicha configuración reduce el coste sensiblemente, facilitando además que los componentes más sensibles estén en tierra (T). En este caso, el tanque de cabecera (1) con el fluido denso (FD) se ubicad en una pequeña barca (B) o gabarra, ubicándose el primer depósito presurizado (3) en el lecho marino (L), y el resto de elementos del sistema, comunicándose por la conducción forzada (4) con el gas (FG) con el depósito intermedio presurizado (5), y este con la tubería a presión (6) y con el equipo reversible (7) y el tanque de cola (8), generándose electricidad al paso de el fluido de baja densidad (FA) por la turbina. En esta configuración los rendimientos son semejantes, además de asegurar que los elementos y componentes más sensibles del sistema están accesibles y protegidos en tierra.

En la Fig.4 se puede observar este mismo esquema de sistema, pero con la particularidad de que el tanque de cabecera (1') se ubica a una altura mayor que el tanque de cola (8). Esto es muy útil para ciertos espacios reducidos como explotaciones mineras (M). En este caso, se puede observar que para resolver el problema del espacio reducido, la tubería forzada (2) que es una conducción que comunica el tanque de cabecera (1') con un primer deposito presurizado (3) puede comprender tramos inclinados (2a) junto con tramos rectos (2b), siendo el resto de elementos similares a los generales del sistema de la primera figura.

En la Fig.5 se puede observar otra realización del sistema donde se incorpora un dispositivo de removilización del fluido denso (FD). Para ello se incorpora una canalización de inyección forzada (9) con un conector inicial (91) ubicado en un punto intermedio de la conducción forzada (4) que inyecta a presión gas (FG) en la parte inferior del primer depósito presurizado (3) que comprende fluido denso (FD), siendo incorporado por un inyector (92) que impide que se introduzca fluido denso (FD) en la canalización forzada (9). Esta inyección agita el fluido denso impidiendo que se asiente.

En la Fig.6 se puede observar un esquema representativo del equipo reversible (7), donde el fluido en contacto con este equipo es siempre el fluido de baja densidad (FA), es decir, el agua. En esta figura se puede observar que el equipo comprendido en la tubería a presión (6) que comunica la cavidad presurizada (5) y el tanque de cola (8), puede tener una conducción de entrada a una turbina (71), para la generación de electricidad; y una conducción de alimentación de una bomba (72), para el almacenamiento de energía. En cualquier caso, la tubería a presión (6) es reversible pudiendo utilizarse tanto para el accionamiento de la turbina (71) como para impulsión con la bomba (72). En esta realización, de forma preferente la turbina es del tipo Pelton. En otra realización de la invención no representada, el equipo reversible (7) se configura a partir de una turbina Francis.

En la Fig.7, se puede observar de forma esquemática que el equipo reversible (7) puede estar ubicado en un espacio estanco (10) relleno con gas presurizado, que puede ser helio o nitrógeno, de forma que la inyección desde la tubería a presión (6) de fluido de baja densidad (FA) sobre la primera turbina (71) consume sólo una parte de la presión y como dicho espacio estanco (10) está presurizado, se pueden colocar en serie varias turbinas (71) pudiendo fraccionarse el salto. En esta realización, las turbinas (71) son del tipo Pelton, aunque podrían ser del tipo Francis.

Esto hace que el método de generación y almacenamiento de energía, que se lleva a la práctica con el sistema previamente definido, se basa en que en fase de generación de energía, a medida que el fluido denso (FD) sale de tanque de cabecera (1) y se desplaza por gravedad por las conducciones forzadas, en un depósito intermedio presurizado hace que el fluido de baja densidad (FA) se desplace a presión hacia el tanque de cola (8) haciendo girar la turbina (71) y generando electricidad; y en la fase de almacenamiento o recarga, el fluido de baja densidad (FA) se bombea desde el tanque de cola (8) por medio de las bombas (72) hacia los depósitos intermedios presurizados, empujando al fluido de alta densidad (FD) y haciéndole regresar y almacenarse en el tanque de cabecera (1).

Claims

REIVINDICACIONES

1. - Sistema de generación y almacenamiento de energía, que comprende un tanque de cabecera (1) que está comunicado con un tanque de cola (8), donde el tanque de cabecera (1) y el tanque de cola (8) almacenan a presión atmosférica dos fluidos con diferente densidad, donde el tanque de cabecera almacena un fluido denso (FD) con una densidad mayor que el fluido de baja densidad (FA) del tanque de cola; y que se caracteriza por que comprende:

- una tubería forzada (2) que comunica el tanque de cabecera (1) con un primer deposito presurizado (3), donde en esta tubería forzada (2) circula el fluido denso (FD);

- un primer depósito presurizado (3), ubicado a una cota inferior a la del tanque de cabecera (1) y el tanque de cola (8), donde en este depósito presurizado se comprende de forma no mezclada el fluido denso (FD) junto con un gas (FG);

- una conducción forzada (4) que comunica el primer depósito presurizado (3) con un segundo depósito intermedio presurizado (5), donde en esta conducción circula únicamente el fluido denso con gas (FG);

- un segundo depósito intermedio presurizado (5), ubicado a una cota superior que-el a la del primer depósito presurizado (3), donde en este depósito presurizado se comprende de forma no mezclada el gas (FG) y el fluido de baja densidad (FA);

- una tubería a presión (6) de fluido de baja densidad (FA) que se comunica el segundo depósito intermedio presurizado (5) con el tanque de cola (8) a presión atmosférica; donde en esta tubería circula únicamente el fluido de baja densidad (FA); y - un equipo reversible (7) que comprende al menos una turbina (71) y una bomba (72), que es alimentada de fluido de baja densidad (FA) por la tubería a presión (6), y que se ubica previo al tanque de cola (8).

2. - Sistema de generación y almacenamiento de energía, según la reivindicación 1, que se caracteriza por que el tanque de cabecera (1) y el tanque de cola (8) se ubican a la misma cota.

3. - Sistema de generación y almacenamiento de energía, según la reivindicación 1, que se caracteriza por que el tanque de cabecera (1) se ubica a una cota elevada respecto del tanque de cola (8).

4. - Sistema de generación y almacenamiento de energía, según la reivindicación 1, que se caracteriza por que el fluido denso (FD) es un lodo a partir de la mezcla de partículas de magnetita con agua.

5. - Sistema de generación y almacenamiento de energía, según la reivindicación 4, que se caracteriza por que el porcentaje de partículas en el lodo es igual o superior al 50%, siendo el porcentaje en volumen respecto del total de la mezcla.

6. - Sistema de generación y almacenamiento de energía, según la reivindicación 4, que se caracteriza por que el lodo comprende una cantidad de surfactante con un porcentaje inferior al 1%, siendo el porcentaje en volumen respecto del total de la mezcla.

7. - Sistema de generación y almacenamiento de energía, según la reivindicación 4, que se caracteriza por que el tamaño de las partículas de magnetita es de menos de 100 micras.

8. - Sistema de generación y almacenamiento de energía, según la reivindicación 4, que se caracteriza por que el fluido denso (FD) es al menos 3 veces más denso que el fluido de baja densidad (FA).

9. - Sistema de generación y almacenamiento de energía, según la reivindicación 1, que se caracteriza por que el gas (FG) es nitrógeno, CO², helio, hidrógeno o metano.

10. - Sistema de generación y almacenamiento de energía, según la reivindicación 1, que se caracteriza por que el fluido de baja densidad (FA) es agua.

11. - Sistema de generación y almacenamiento de energía, según la reivindicación 1, que se caracteriza por que comprende una canalización de inyección forzada (9) con un conector inicial (91) ubicado en un punto intermedio de la conducción forzada (4) que inyecta a presión gas (FG) en la parte inferior del primer depósito presurizado (3) por medio de un inyector (92) que impide que se introduzca fluido denso (FD) en dicha canalización forzada (9).

12. - Sistema de generación y almacenamiento de energía, según la reivindicación 1, que se caracteriza por que al menos una turbina (71) del equipo reversible (7) se ubica en un espacio estanco (10) relleno con gas presurizado.

13. - Sistema de generación y almacenamiento de energía, según la reivindicación 12, que se caracteriza por que el gas del espacio estanco es helio o nitrógeno.

14. - Sistema de generación y almacenamiento de energía, según la reivindicación 12, que se caracteriza por que la turbina es del tipo Pelton o Francis.

15. - Método de generación y almacenamiento de energía, caracterizado por que comprende el uso de un sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, y en donde el método además comprende:

una fase de generación de energía, donde a medida que el fluido denso (FD) sale por gravedad del tanque de cabecera (1) y se desplaza por las conducciones forzadas, en un depósito intermedio presurizado hace que el fluido de baja densidad (FA) se desplace a presión hacia el tanque de cola (8) haciendo girar la turbina (71) y generando electricidad; y una fase de almacenamiento, donde el fluido de baja densidad (FA) se bombea con la bomba (72) desde el tanque de cola (8) hacia los depósitos intermedios presurizados empujando al fluido denso (FD), haciéndole regresar y almacenarse en el tanque de cabecera (1).