WO2010031884A1 - Central de bombeo al vacío - Google Patents

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WO2010031884A1
WO2010031884A1 PCT/ES2009/000452 ES2009000452W WO2010031884A1 WO 2010031884 A1 WO2010031884 A1 WO 2010031884A1 ES 2009000452 W ES2009000452 W ES 2009000452W WO 2010031884 A1 WO2010031884 A1 WO 2010031884A1
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Domingo GONZÁLEZ MARTÍN
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Gonzalez Martin Domingo
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    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B11/00—Parts or details not provided for in, or of interest apart from, the preceding groups, e.g. wear-protection couplings, between turbine and generator
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B13/00—Adaptations of machines or engines for special use; Combinations of machines or engines with driving or driven apparatus; Power stations or aggregates
    • F03B13/06—Stations or aggregates of water-storage type, e.g. comprising a turbine and a pump
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B17/00—Other machines or engines
    • F03B17/005—Installations wherein the liquid circulates in a closed loop ; Alleged perpetua mobilia of this or similar kind
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/20—Hydro energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Definitions

  • the process is part of the technical sector of the electric power production plants, more specifically in the hydroelectric pumping plants.
  • Hydroelectric power stations when the energy producing machines are powered by hydraulic turbines. They are divided into running water plants, in which there is no possibility of liquid accumulation, so that all the water received is used without time intervals, reservoir plants, in which, conservation in water built reservoirs is possible above, whereby the use of water can be carried out at the desired time and pumping stations, in which the water is pumped from a lower to a higher reservoir, is normally pumped, when the consumption in the electricity network is lower and turbine when consumption is higher.
  • Thermal power stations when the driving machines are steam (usually turbines) or internal combustion engines.
  • nuclear or atomic power stations are those that use the energy produced by the transmutation of the atom to produce heat, which would in turn serve to power the electric machines.
  • Geothermal power stations are the ones that take advantage, the steam spontaneously released from the earth's crust.
  • Renewable energies are those that use the energy produced by natural phenomena, such as wind, sun, waves, tides or biomass. It would be desirable that the production of electrical energy did not depend significantly on oil and its derivatives, to avoid speculation that occurs in the sector and CO2 emissions into the atmosphere.
  • the present invention uses, as primary energy, the electrical energy of the network, to move a motor pump, which recirculates water (fresh or salt) from the bottom of a tank to the top of it, where the vacuum has been made.
  • the motor pump discharge is connected with a hydraulic turbogenerator, which evacuates at the top of the tank, under vacuum.
  • the formula for calculating the power of a turbine is:
  • the formula for calculating the power of a pump is:
  • the motor pump (l) draws water (fresh or salt) from the bottom of the tank (7), and discharges to the top of the tank, where the vacuum has been made, with the motor pump (3). Discharge of the motor pump (l) is connected to the turbogenerator (2), with the pipe (5).
  • the tank (7) is connected to the condenser (8), to condense the steam produced by the recirculation.
  • the motor pump (1), the turbogenerator (2) and the vacuum motor pump (3) are connected to the mains (6)

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Other Liquid Machine Or Engine Such As Wave Power Use (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)

Abstract

Central de bombeo al vacío para la producción de energía eléctrica utilizando como energía primaria la energía de la red eléctrica, que comprende una motobomba (1) que bombea agua desde la parte inferior de un depósito (7) a la parte superior del mismo, donde se ha efectuado el vacío con una motobomba de vacío (3). La descarga de la motobomba (1) se conecta con la entrada del turbogenerador (2) que evacúa al vacío. Un condensador (8) condensa el vapor producido en el depósito (7) por la recirculación del agua.

Description

CENTRAL DE BOMBEO AL VACIO
Sector de la técnica
El proceso se encuadra en el sector técnico de las centrales de producción de energía eléctrica, mas concretamente en las centrales hidroeléctricas de bombeo.
Estado de Ia técnica
Actualmente, según la clase de energía primaria utilizada, se tienen los siguientes tipos: Centrales hidroeléctricas, cuando las maquinas productoras de energía, son accionadas por turbinas hidráulicas. Se dividen en centrales de agua corriente, en la que no existe la posibilidad de acumulación de liquido, por lo cual toda el agua recibida se utiliza sin intervalos de tiempo, centrales de embalse, en las cuales, es posible la conservación en embalses construidos aguas arriba, por lo cual el aprovechamiento del agua puede efectuarse en el momento deseado y centrales de bombeo, en las cuales el agua es bombeada de un embalse inferior a otro superior, normalmente se bombea, cuando el consumo en la red eléctrica es menor y se turbina cuando el consumo es mayor. Centrales térmicas, cuando las maquinas motrices son de vapor (generalmente turbinas) o bien motores de combustión interna. Dependiendo de la materia prima utilizada para la producción de vapor, tenemos, centrales térmicas de carbón, centrales térmicas de fuel-oil y centrales térmicas de gas o ciclo combinado. Centrales nucleares o atómicas, son las que utilizan la energía producida por la transmutación del átomo para producir calor, que serviría a su vez, para accionar las maquinas eléctricas. Centrales geotermoelectricas, son las que aprovechan, el vapor desprendido espontáneamente de la corteza terrestre. Energías renovables, son las que utilizan la energía producida por los fenómenos naturales, como el viento, el sol, las olas, las mareas o la biomasa. Seria deseable que la producción de energía eléctrica no dependiera de una manera significativa del petróleo y sus derivados, para evitar la especulación que se produce en el sector y las emisiones de CO2 a la atmósfera.
La presente invención utiliza como energía primaria, la energía eléctrica de la red, para mover una motobomba, que recircula agua (dulce o salada) de la parte inferior de un depósito a la parte superior del mismo, donde se ha efectuado el vacío. La descarga de la motobomba, se conecta con un turbogenerador hidráulico, que evacúa en la parte superior del depósito, al vacío.
Cuando se trabaja con un vacío de 9 m.c.a. o 684 rnmHg y una presión de descarga de la motobomba de menos de 8 m.c.a., el proceso se compota de una manera excepcional, el consumo eléctrico de la motobomba es menor que la energía eléctrica producida en el generador. Un proceso trabajando en las condiciones expuestas, autoalimentaria la red eléctrica y la regularía, evitando la dependencia del petróleo y las emisiones de CO2.
Descripción detallada de la invención.
La formula para el cálculo de la potencia de una turbina es:
Pt = 9,8QHRt donde
Pt = Potencia de la turbina en KW Q = Caudal en m3/seg.
H = Altura neta del salto o diferencia de presión entre la entrada y la salida en metros
Rt = Rendimiento de la turbina
La formula para el cálculo de la potencia de una bomba es:
Pb = 9,8QH/Rt donde
Pb = Potencia de la bomba en KW Q = Caudal en m3/seg.
H = Altura neta de elevación o descarga o diferencia de presión entre la salida y la entrada en metros Rt = Rendimiento de la bomba
Aplicando las formulas al proceso de diagrama n° 1 tenemos para la turbina (2) Pt = 9,8Q(Hd+Hv) Rt donde
Pt = Potencia de la turbina en KW
Hd = Altura de elevación o descarga de la bomba (1), en metros Hv = Altura correspondiente al nivel de vacío en metros Rt = Rendimiento de la turbina Para la bomba (1)
Pb = 9,8QHdZRb donde
Pb = Potencia de la bomba en KW
Q = Caudal en m3/seg. Hd = Altura de elevación o descarga en metros de la bomba (1)
Si dividimos la potencia de la turbina (Pt) por la potencia de la bomba (1) tenemos:
Pt/Pb = 9,8Q (Hd+Hv)Rt/9,8QHd/Rb =(Hd+Hv)RtRv/Hd =
= (1+HvZHd)RtRb de donde
Pt = (1+HvZHd)RtRvPb
Si trabajamos con un nivel de vacío de 9 m.c.a. equivalentes a 684 mmHg y el rendimiento de la motobomba(l) y el turbogenerador(2) es del 70%, tenemos que
Pt = (1+9ZHd) 0,49Pb
Para que el proceso sea rentable el consumo eléctrico de la motobomba (1), tiene que ser menor que la energía eléctrica producida en el turbogenerador (2) o que
(1+9ZHd) 0,49 > 1
Si tabulamos los resultados para distintos valores de Hd tenemos:
Figure imgf000005_0001
Se observa que para una altura de descarga de la motobomba (1) de 1 a 8 metros la función (1+9/Hd) 0.49 > 1 o que la potencia eléctrica de la turbina (Pt) es mayor que la potencia eléctrica de bomba (Pb).
Diagrama n° 1 La motobomba(l) aspira agua(dulce o salada) de la parte inferior del deposito(7), y descarga a la parte superior del mismo, donde se ha efectuado el vacío, con la motobomba (3).La descarga de la motobomba(l) se conecta con el turbogenerador(2), con la tubería(5). El deposito (7) esta conectado con el condensador (8), para condensar el vapor producido por la recirculación. La motobomba (1), el turbogenerador (2) y la motobomba de vacío (3) están conectadas a la red eléctrica (6)

Claims

REIVINDICACIONES
1. Central de Bombeo al Vacío para la producción de energía eléctrica, utilizando como energía primaria, la energía de la red electricaXa motobomba (1) bombea agua (dulce o salada) desde la parte inferior del deposito (7) a la parte superior del mismo, donde se a efectuado el vacío, con la motobomba (3). La descarga de la motobomba (1) se conecta con la entrada del turbogenerador (2), con la tubería (5) y evacúa al vacío. El condensador (8), condensa el vapor del deposito (7), producido por la recirculación del agua. La motobomba (1), el turbogenerador (2) y la motobomba de vacío (3) están conectadas a la red eléctrica (6). Un proceso, caracterizado porque la evacuación de la turbina hidráulica se hace al vacío. El vacío aumenta la altura del salto y como consecuencia la potencia de la turbina hidráulica (2).
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