WO2010094823A2 - Baterías submarinas de par ajustado - Google Patents

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PREXTOR SYSTEMS SL
Universidad de Sevilla
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    • Y02E60/16—Mechanical energy storage, e.g. flywheels or pressurised fluids

Definitions

  • the invention falls within the framework of energy regulation and storage, with special application to the use of renewable energy sources and with collateral applications to the classification, separation and purification of all types of gases.
  • CAES technology obtains better yields and is economically more advantageous than reversible pumping plants and that is why, linked to the development of wind power is taking a lot of boom in recent times, mainly in the United States.
  • this technology has a serious drawback, since being the caves of a constant volume the air inside must be compressed / decompressed between two determined pressures, which implies a significant loss of performance of the compressors and turbines, and, what is worse, it requires volumes of the cavern much higher than those that would be necessary if the pressure were kept constant.
  • the torque created in either case constitutes a serious problem at the time of the construction of the underwater batteries, since they are pairs of very high magnitude that would cause sudden movements of the underwater batteries if they are intended to submerge by flotation, certainly causing damage to the charge / discharge pipes and even the submarine batteries themselves.
  • the first novelty of the invention consists in unfolding in two parts the counterweight of the underwater batteries, in such a way that the lower counterweight is always slightly greater or even the same as the upper counterweight, thus causing a slightly corrective or zero torque before a possible overturn of the same (Figure 3).
  • This system called a double-weighted adjusted torque underwater battery, can be arranged with a fixed volume storage chamber where the storage gas coexists with seawater from outside the battery (Figure 3), or with a chamber of variable volume storage which, when filled with storage gas, moves vertically to the upper counterweight (Figure 4).
  • the underwater battery of double-weighted adjusted torque allows us to use the counterweights themselves as insulation of the upper and lower surfaces of the underwater batteries, which solves in great measure the problem of the thermal insulation of the same, since normally the submarine batteries will be of very low height.
  • These underwater batteries can also be arranged with multiple chambers, having two or more gas storage chambers, superimposed as a sandwich, the upper chamber being the first to be filled, so that, once its counterweight is balanced, it will immediately be filled. lower, and so on (Figure 5).
  • the key to making viable the construction of submarine batteries of adjusted torque of double counterweight with large energy storage capacity and that constitutes an essential part of the invention lies firstly in manufacturing them on the coast, of such that the submarine battery is manufactured first and then it begins to manufacture the loading / unloading pipe on land and to tow the assembly slowly offshore, either with the submarine battery of adjusted torque housed in a tugboat and the load pipe / discharge being maintained on the surface by flotation or by dragging the assembly by the towing vessel while maintaining floating on the surface of the sea.
  • the loading / unloading pipeline is manufactured on land while the assembly is carried along the sea surface to the place from where the assembly will be immersed.
  • the compressor will be connected to the loading / unloading pipe and the immersion of the assembly will begin with controlled flotation, governed by a control system that will act on the compressor and on the inlet / outlet valves of the battery submarine depending on the depth at which the submarine battery of torque adjusted at each moment is located until it is taken to its definitive location at the bottom of the sea.
  • the system may be equipped with additional floats that are filled with seawater by the control system to submerge the assembly.
  • these submarine batteries of tight torque can be manufactured in a modular way, so that the modules have the necessary dimensions to be managed by the trawler, submerging them by flotation to a depth not very large but enough that they are not affected by overpressures due to waves (module coupling depth), having one or several flexible interconnecting pipes with other modules, of sufficient length to reach the surface from the depth of module coupling, to be definitively lowered the complete set to the seabed once all modules have been coupled, leaving an interconnection pipe with possible future modules of sufficient length to reach the surface from the housing depth of Ia drums.
  • the double-weighted adjusted torque underwater battery minimizes the torque created before any possible rotation of the underwater batteries. This fact is of extreme importance since it allows its immersion by flotation until its settlement on the seabed, even with the loading / unloading pipe coupled from the beginning, without risks of sharp turns due to the action of waves, sea currents or by Any other eventuality.
  • this system also allows the submarine battery of adjusted torque to be raised to the surface if necessary in case of any eventuality.
  • the invention also contemplates the possibility that one or both of its counterweights have a core of urban or industrial solid waste, including radioactive waste, being able to be covered with earth or any other heavy material that in turn serves them padding, and being enclosed in a steel drawer or any other material resistant to compression that has one of the faces free of movement to adjust the volume of the counterweight depending on the static pressure of the outside water, being able to be waterproofed to keep the interior dry and serve as thermal insulation of the gas inside the battery (Figure 6).
  • Another aspect of the invention consists in providing the counterweights in a way that adjusts to the distribution of rising forces of the gas of the submarine battery of adjusted torque, so that their size is optimized.
  • the invention also contemplates providing submarine batteries with an adjusted torque of a total safety system against breakage of the battery, consisting of Ia incorporation of a breakage detection system that operates two sudden discharge valves of the storage gas, one to do it through the battery charge / discharge pipe, and the other to do it through an auxiliary flexible discharge pipe at its lower end and with a buoy at its upper end to maintain verticality (Figure 6).
  • the invention includes an efficient filling / emptying system, consisting of on the one hand, carry out the filling / emptying always from the highest point of the storage chamber, by means of a pipe system that reaches all the corners or ends of the upper part of the storage chamber, and on the other hand, making the intake / drainage of seawater always through the lowest point of the storage chamber, through a valve system commanded by a control system of the inclination of the battery (Figure 6).
  • the storage chamber can be subdivided into several by vertical partitions ( Figure 6), and thus proceed to fill / empty the chambers of in such a way that a distribution of forces of the storage gas is maintained on the battery as homogeneous as possible.
  • Another system object of the invention consists in providing submarine batteries with a tight torque of a barrier to protect against sea currents and a sediment cleaning system on the submarine battery based on diffusers fed with the storage gas itself ( Figure 6).
  • the invention also includes the possibility of introducing the storage gas from its lower base, the battery being subjected to the static pressure of the outside water through an opening in its upper base, the column of the storage gas ascending during its charging by the interior of the battery in such a way that it is continually encountering progressively higher walls, and the dimensions of the upper counterweight can be drastically reduced.
  • the invention also includes the possibility of arranging a battery with a single upper counterweight, but constructed in such a way that it turns out to be flexible, which will rise and fall when the battery is charged / discharged, which would take advantage of hollows at the bottom of the sea to be located, and it would consist only of a bag of flexible plastic material that would be pressed against the bottom of the sea below and against the flexible counterweight above (Figure 7).
  • the flexible counterweight battery could eliminate the lower part of the bag, since, if said seabed has sufficient consistency, gas losses from the bottom could be negligible.
  • the dimensions of the flexible counterweight could be considerably reduced if the loading / unloading pipe is located at the lowest point of the seabed in such a way that the storage gas is always finding continuously ascending surfaces during the filling of the battery, that is, if it becomes a submarine battery with an upward charge and flexible counterweight.
  • the flexible counterweight underwater batteries there is also the adjusted torque, since its rotation is prevented by using the seabed itself as a lower counterweight.
  • the manufacture of submarine batteries of adjusted torque of flexible counterweight is much simpler than that of the rest of submarine batteries of adjusted torque, since it is feasible to divide the counterweight into parts and gradually lower them from a boat with a crane.
  • the invention also includes the possibility of lowering the parts of the counterweight with a bivalve spoon whose walls are hollow and contain air, in such a way that they counteract or reduce the weight to be supported and do not create torque by being around the counterweight.
  • these spoons would be equipped with a focus and an underwater video camera that will transmit the image of the seabed to the crane ship to be able to execute with precision the unloading maneuver.
  • the invention also includes the possibility of liquefying the storage gas, compressing it until it reaches its vapor pressure, thus drastically reducing the dimensions of the underwater battery, and also drastically reducing the dimensions of the necessary counterweight or counterweights, and even completely eliminating them if it turns out that the storage liquid has a higher density than seawater (Figure 8).
  • This system reduces the volume to be stored in such an important way that it could even be thought of its storage in pressure tanks on land.
  • Another possibility of great interest that includes the invention consists in using atmospheric air as an open circuit storage fluid, that is, consuming air from the atmosphere to charge the underwater battery of adjusted torque and returning the air to the atmosphere once turbinated after the discharge, but with an important caveat, which is that the compression to which the air has been subjected is to the less the necessary one so that the CO 2 that it contains or any other gas that wants to be eliminated from it is liquefied.
  • CO 2 separates from the air and can be discharged into the seabed, using the resulting clean air to be discharged and turbinated when it is desired to generate energy.
  • the invention includes a triple gas battery system to combine the storage of electrical energy from the coastal electricity network with the use of the energy of sea waves and / or the force of offshore wind, characterized by having a low pressure battery (which may be the atmosphere in the case of using air as storage gas), from which the gas is compressed to an underwater battery of medium pressure adjusted torque consuming energy from the coastal electricity network , subsequently compressing the gas from the submarine battery of adjusted medium pressure torque to an underwater battery of adjusted high pressure torque using a system for harnessing the energy of sea waves and / or a system for harnessing the energy of Ia wind force that uses these energy sources to transmit it directly to the storage gas thus increasing its pre sion, leaving the total energy used stored in the form of gas stored in the high pressure submarine battery, to be subsequently turbined to the low pressure battery when necessary (Figure 9).
  • a low pressure battery which may be the atmosphere in the case of using air as storage gas
  • the gas is compressed to an underwater battery of medium pressure adjusted torque consuming energy from the coastal electricity network
  • the triple gas battery system makes the use of wave or offshore wind energy viable to transmit it directly to the storage gas, since, by feeding on the medium pressure battery, the problem of heating the water is considerably reduced storage gas when compressed, which implies significant energy losses in this type of system or forces strong thermal insulation.
  • auxiliary batteries of intermediate auxiliary adjusted torque between the medium pressure and the high pressure Ia it is possible to incorporate one or several auxiliary batteries of intermediate auxiliary adjusted torque between the medium pressure and the high pressure Ia, to be able to make different jumps between them with the system of harnessing the energy of sea waves depending on the characteristics of the waves, governed by a control system.
  • the invention includes the possibility of using CO 2 previously captured from thermal or industrial plants as storage gas in energy storage systems in underwater batteries in a closed circuit, so that a certain amount of CO 2 is retained in the system, avoiding in this way its emission to the atmosphere.
  • the invention includes an industrial gaseous effluent separation system, consisting of using said effluents as storage gas in an open-circuit energy storage system (Figure 10), in such a way that the gaseous effluents are compressed to make them enter the battery system or submarine batteries of adjusted torque, obtaining up to this point a first advantage by taking full advantage of the remaining pressure available to said effluents.
  • an industrial gaseous effluent separation system consisting of using said effluents as storage gas in an open-circuit energy storage system (Figure 10), in such a way that the gaseous effluents are compressed to make them enter the battery system or submarine batteries of adjusted torque, obtaining up to this point a first advantage by taking full advantage of the remaining pressure available to said effluents.
  • the submarine batteries of adjusted torque will act as a storage gas decantation tank, which, once it is at rest and stored for a certain time, will be redistributed by layers of the different gases that compose it due to the different densities of the same, being possible the complete and precise separation of each gas, emitting to the atmosphere after being turbinated the gases not harmful to the environment, and sending the rest of gases to treatment systems .
  • the invention also includes a system for efficient use of heat generated during the compression of the storage gas, characterized by proceeding with the cooling of the storage gas prior to its introduction to
  • the underwater battery yielding its heat to another fluid for various uses prior to its introduction to the underwater battery of adjusted torque (brine from desalination plants by reverse osmosis to proceed to its evaporation, pretreated water from wastewater treatment plants to proceed to its biological treatment, fish farm water to increase its productivity, etc.), or simply allowing its heat exchange with seawater to increase its evaporation and allow the formation of clouds that increase the rains of a given geographical area.
  • the heat exchange could be carried out in the conduction to the battery itself, providing concentric pipes where the heat exchange would occur, instead of having to add a heat exchanger to the system ( Figure 11).
  • the counterweight will always be self-located at the bottom of the battery, significantly reducing the rough torque that is created by being in the lower part of the battery, since the relative mobility of the counterweight on the sphere makes it tend to Static, suffering only slight movements due to friction.
  • it is also a type of submarine batteries of tight torque.
  • these batteries have the enormous advantage that they will always place themselves “standing” on the seabed (that is, with the counterweight placed at the bottom), regardless of the non-existence of an appropriate foundation and the morphology of the sea bottom.
  • the charge / discharge conduits of compact underwater batteries will have their section closest to them constructed with a flexible material (that is, they will be hoses instead of pipes).
  • these hoses will continue inside the batteries, and their end end will be connected to a small float that will always place it in the highest position inside the battery. In this way, the optimal filling / emptying from the energy point of view of the batteries is guaranteed at all times, and it is also avoided having to go to pipe and valve networks that complicate the construction and maintenance of the underwater batteries. And, obviously, the outer section of the hose will provide a degree of relative freedom of movement between the underwater battery and the inlet / outlet line that will prevent it from being damaged, both during its immersion and during the operation of the battery.
  • the air that is injected into the battery will be housed within a flexible membrane, which will prevent its direct contact with seawater, preventing its dissolution in it, and allowing the float of the inlet system to perform its function correctly.
  • Compact underwater batteries have the additional advantage that being spherical they have an optimal relationship between their volume and their surface, which means that the material requirements for the construction of their walls are minimized.
  • Figure 9 Triple gas battery system for combination of wave plants and / or offshore wind farms with the regulation of electricity from networks near the coast
  • FIG. 10 Industrial gaseous effluent treatment system in underwater batteries
  • the preferred embodiment of the invention is undoubtedly the spherical compact battery, represented in Figure 12, and the most suitable procedure for its construction and maintenance will be described below.
  • the spherical tank In the first place, the spherical tank is manufactured, with materials resistant to pressure and duly protected against marine corrosion. An ideal place for the construction of underwater batteries could be a shipyard.
  • a material that could be very suitable to use as a counterweight is simply earth, because it has a much greater weight than water and is easily available anywhere, and also can fulfill the mission of sliding inside the tank to adjust the position of the battery.
  • the earth could be left loose inside, or wrapped in a flexible membrane to avoid possible disposal to the outside.
  • the membrane that will contain the air and the air distribution system by means of the hose and the float is added, and from there the construction of the load / discharge conduit begins, which is designed to be in equilibrium of forces between its own weight and the buoyant thrust of the air inside, adding the counterweights or floats that are necessary at each point.
  • the battery pack plus inlet / outlet conduction is towed to the desired place, and it is connected to the compressor of the plant, in order to begin with the immersion of the battery by controlled flotation, which will be done by adjusting the pressure and volume of the air inside the battery depending on the orders of a control system.
  • the underwater battery Once located in its final position, the underwater battery will begin its operation, but always respecting a safety volume that will remain permanently filled with seawater to prevent the battery from ascending when it is full of air.

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Abstract

La invención presenta sistemas de almacenamiento de energía de forma segura y eficiente mediante la compresión / descompresión de un gas, que aprovechan la presión estática del agua del mar ó de un lago y su almacenamiento en baterías submarinas en las que se ajusta el par provocado por las fuerzas de flotación del gas y del peso del contrapeso, incluyendo sus procedimientos de fabricación, teniendo presente que resultan ser de grandes dimensiones. Además, la invención incluye la utilización de baterías submarinas de par ajustado como sistemas de separación y purificación de todo tipo de gases, en particular de aire y de efluentes industriales.

Description

DESCRIPCIÓN
"BATERÍAS SUBMARINAS DE PAR AJUSTADO"
Sector de la técnica a que se refiere Ia invención
La invención se encuadra dentro del marco de Ia regulación y almacenamiento de energía, con especial aplicación al aprovechamiento de las fuentes de energía renovables y con aplicaciones colaterales a Ia clasificación, separación y purificación de todo tipo de gases.
Estado de Ia técnica
El problema del almacenamiento de energía es inherente a todos los sistemas de aprovechamiento de fuentes de energía renovables. El único sistema que se ha venido utilizando tradicionalmente para el almacenamiento de energía a gran escala son las centrales de bombeo reversible. Existe otra tecnología, Ia denominada tecnología CAES, que almacena energía a base de comprimir aire atmosférico y almacenarlo en cavernas ó minas abandonadas. Esto evita Ia construcción de un tanque de grandes dimensiones capaz de soportar presiones elevadas, que haría inviable su desarrollo.
Por otro lado, se han registrado diversas solicitudes de patente de sistemas de almacenamiento de energía a base de comprimir aire atmosférico y almacenarlo en depósitos submarinos, dotados de un contrapeso para impedir Ia ascensión del aire por flotación, aunque esta tecnología no ha logrado desarrollarse a nivel comercial.
Explicación de Ia invención
La tecnología CAES obtiene mejores rendimientos y resulta económicamente más ventajosa que las centrales de bombeo reversible y es por ello que, ligada al desarrollo de Ia energía eólica está tomando mucho auge en los últimos tiempos, fundamentalmente en Estados Unidos. Sin embargo, esta tecnología tiene un grave inconveniente, pues al ser las cavernas de un volumen constante el aire de su interior debe ser comprimido / descomprimido entre dos presiones determinadas, Io que supone una pérdida importante de rendimiento de los compresores y de las turbinas, y, Io que es peor, requiere unos volúmenes de Ia caverna muy superiores a los que resultarían necesarios si Ia presión se mantuviese constante.
Los mencionados sistemas de almacenamiento de energía en depósitos submarinos que han sido ideados y patentados trabajan a presión constante, pero no resuelven por completo el problema de Ia construcción del depósito de almacenamiento.
En primer lugar, Ia necesidad de dotar a las baterías submarinas de un contrapeso que impida Ia ascensión del aire por flotación genera un importante problema, ya que, si dicho contrapeso se coloca en Ia parte inferior, Ia batería será muy estable a los vuelcos, pues en caso de giro de Ia misma se crea automáticamente un par que corrige su posición, pero resulta necesaria Ia construcción de un depósito capaz de resistir el empuje ascensional del aire de su interior (Figura 1).
Por otro lado, si el contrapeso se coloca en Ia parte superior del depósito (Figura
2), se reduce considerablemente el problema de Ia construcción del depósito, pues el contrapeso puede servir de cierre vertical del mismo y normalmente se tratará de depósitos de muy poca altura y mucha superficie en las bases. Sin embargo, en este caso Ia batería es muy propensa al vuelco, ya que ante cualquier giro de Ia misma se crea un par que incrementa dicho giro.
En cualquier caso, el par creado en cualquiera de ambos casos constituye un grave problema a Ia hora de Ia construcción de las baterías submarinas, ya que son pares de muy elevada magnitud que provocarían movimientos bruscos de las baterías submarinas si se pretenden sumergir por flotación, ocasionando sin duda daños en las tuberías de carga/descarga e incluso en las propias baterías submarinas.
No es necesario explicar que el gran problema para Ia construcción de baterías submarinas de gran capacidad estriba en los enormes pesos y dimensiones de las mismas, que hacen prácticamente inviable su inmersión hasta el fondo del mar mediante grúas como una unidad completa. Además, Ia tubería de carga / descarga constituye otro grave inconveniente, ya que también resulta ser de dimensiones importantes y no es posible su acoplamiento a Ia batería submarina una vez ubicada en el fondo del mar, ya que, a las profundidades a las que normalmente se ubicarán, es imposible el trabajo con buzos.
Otro de los inconvenientes que también ha venido impidiendo el desarrollo de las baterías submarinas radica en el hecho del calentamiento de los gases al ser comprimidos. A menos que se aislen térmicamente, Io cual resulta inviable con los aislamientos térmicos de uso industrial común, se producirán pérdidas de energía por pérdida de calor del gas de almacenamiento, que incluso se pueden provocar impactos negativos al ecosistema marino.
Finalmente, existe un problema adicional que también ha podido ser un freno para el desarrollo de las baterías submarinas, y es Ia dificultad para impedir el riesgo de creación de una macroburbuja de gas ascendente ante una posible eventualidad catastrófica, como un terremoto en el fondo del mar, que podría provocar una ola de altura considerable.
Por otro lado, son muchos los estudios y experimentaciones que se están realizando sobre Ia captura de CO2 de los efluentes de las centrales térmicas ó de determinadas industrias y su almacenamiento bajo tierra ó en acuíferos salinos bajo el fondo marino, o bien incluso su inyección directa en el fondo marino, ya que, si se hace a profundidades elevadas, el tiempo estimado para su ascensión hasta Ia atmósfera se mide por centenares de años, según los estudios que han sido realizados. Sin embargo, estos sistemas tienen graves inconvenientes ya que Ia captura de CO2 resulta compleja y costosa, Ia energía que se requiere para llevarlos a cabo es muy importante, y las instalaciones necesarias para ello son de gran envergadura. Descripción general de Ia invención
La batería submarina de par ajustado de doble contrapeso
Resulta imprescindible que las baterías submarinas sean estables al vuelco, es decir, que nunca ocurra Io reflejado en Ia Figura 2, donde se crea un par que hace volcar a Ia batería. Pero también resulta innecesario e incluso perjudicial que se haya de crear un par corrector tan importante como el de Ia Figura 1.
La primera novedad de Ia invención consiste en desdoblar en dos partes el contrapeso de las baterías submarinas, de tal modo que el contrapeso inferior sea siempre ligeramente mayor ó incluso igual que el contrapeso superior, provocando de esta manera un par ligeramente corrector ó nulo ante un eventual vuelco de Ia misma (Figura 3).
Este sistema, denominado batería submarina de par ajustado de doble contrapeso, puede estar dispuesto con una cámara de almacenamiento de volumen fijo donde coexisten el gas de almacenamiento con agua de mar del exterior de Ia batería (Figura 3), o bien con una cámara de almacenamiento de volumen variable que al llenarse con el gas de almacenamiento desplaza verticalmente al contrapeso superior (Figura 4).
Además de resolver el problema de Ia estabilidad ante los vuelcos y de simplificar Ia estructura necesaria, Ia batería submarina de par ajustado de doble contrapeso permite utilizar los propios contrapesos como aislamiento de las superficies superior e inferior de las baterías submarinas, Io que resuelve en gran medida el problema del aislamiento térmico de las mismas, dado que normalmente las baterías submarinas serán de muy poca altura.
Estas baterías submarinas también se pueden disponer con múltiples cámaras, disponiendo de dos ó más cámaras de almacenamiento del gas, superpuestas a modo de sandwich, siendo Ia cámara superior Ia primera en llenarse, para, una vez equilibrado su contrapeso, pasar a llenarse Ia inmediatamente inferior, y así sucesivamente (Figura 5). En cuanto al procedimiento de fabricación, Ia clave para conseguir hacer viable Ia construcción de baterías submarinas de par ajustado de doble contrapeso con gran capacidad de almacenamiento de energía y que constituye parte esencial de Ia invención radica en primer lugar en fabricarlas en Ia costa, de tal forma que se fabrica primero Ia batería submarina y luego se comienza a fabricar Ia tubería de carga / descarga en tierra y a remolcar el conjunto lentamente mar adentro, bien con Ia batería submarina de par ajustado alojada en un buque remolcador y Ia tubería de carga / descarga manteniéndose en Ia superficie por flotación o bien arrastrando el conjunto por el buque remolcador mientras se mantiene flotando en Ia superficie del mar. De esta forma se va fabricando Ia tubería de carga / descarga en tierra mientras el conjunto se va llevando por Ia superficie del mar hasta el lugar desde donde se procederá a Ia inmersión del conjunto. A partir de aquí, se conectará el compresor a la tubería de carga / descarga y se comenzará con Ia inmersión del conjunto por flotación controlada, gobernada por un sistema de control que actuará sobre el compresor y sobre las válvulas de entrada / salida de Ia batería submarina en función de Ia profundidad a Ia que se encuentre Ia batería submarina de par ajustado en cada momento hasta llevarlo a su ubicación definitiva en el fondo del mar. El sistema puede estar dotado de flotadores adicionales que vayan siendo llenados de agua de mar por el sistema de control para ir sumergiendo el conjunto.
Por otro lado, si las dimensiones son extraordinariamente grandes, estas baterías submarinas de par ajustado se pueden fabricar de forma modular, de forma que los módulos tengan las dimensiones necesarias para poder ser manejados por el buque de arrastre, sumergiéndolos por flotación hasta una profundidad no muy grande pero suficiente como para que no se vean afectados por las sobrepresiones debidas al oleaje (profundidad de acoplamiento de módulos), disponiendo de una ó varias tuberías flexibles de interconexión con otros módulos, de longitud suficiente para llegar a Ia superficie desde Ia profundidad de acoplamiento de módulos, para ser definitivamente bajado el conjunto completo hasta el fondo marino una vez que se han acoplado todos los módulos, dejando una tubería de interconexión con posibles módulos futuros de longitud suficiente como para llegar a Ia superficie desde Ia profundidad de alojamiento de Ia batería. De Ia forma descrita, se consigue por un lado trabajar de forma segura, aún cuando Ia ejecución de Ia batería submarina de par ajustado se prolongue durante varias jornadas de trabajo, y por otro lado se minimiza Ia longitud necesaria de las conducciones de acoplamiento entre módulos, Io cual es de vital importancia, sobre todo cuando se ubican a profundidades importantes.
Por otro lado, y tal como se ha explicado anteriormente, Ia batería submarina de par ajustado de doble contrapeso minimiza el par creado ante cualquier posible giro de las baterías submarinas. Este hecho es de extremada importancia ya que permite su inmersión por flotación hasta su asentamiento en el fondo marino, incluso con Ia tubería de carga/descarga acoplada desde el principio, sin riesgos de giros bruscos por Ia acción del oleaje, de corrientes marinas ó por cualquier otra eventualidad. Además, este sistema permite también subir Ia batería submarina de par ajustado a Ia superficie en caso de resultar necesario ante cualquier eventualidad.
Contrapesos con núcleo de residuos sólidos
Por otro lado, Ia invención también contempla Ia posibilidad de que uno ó ambos de sus contrapesos dispongan de un núcleo de residuos sólidos urbanos ó industriales, incluso de residuos radiactivos, pudiendo ir recubiertos de tierra ó cualquier otro material pesado que a su vez les sirva de acolchamiento, y estando encerrados en un cajón de acero ó cualquier otro material resistente a Ia compresión que disponga de una de las caras libre de movimientos para poder ajustar el volumen del contrapeso en función de Ia presión estática del agua del exterior, pudiendo estar impermeabilizados para mantener el interior en seco y servir de aislamiento térmico del gas del interior de Ia batería (Figura 6).
Contrapesos de forma ajustada a Ia distribución de fuerzas
Otro aspecto de Ia invención consiste en dotar a los contrapesos de una forma que se ajuste a Ia distribución de fuerzas de ascensión del gas de Ia batería submarina de par ajustado, de tal modo que se optimiza el tamaño de los mismos.
Sistema de seguridad total contra roturas
La invención también contempla dotar a las baterías submarinas de par ajustado de un sistema de seguridad total contra roturas de Ia batería, consistente en Ia incorporación de un sistema de detección de roturas que acciona sendas válvulas de descarga brusca del gas de almacenamiento, una para hacerlo a través de Ia tubería de carga / descarga de Ia batería, y Ia otra para hacerlo a través de una tubería auxiliar de descarga flexible en su extremo inferior y con una boya en su extremo superior para mantener Ia verticalidad (Figura 6).
Sistema de llenado / vaciado eficiente
Además, comoquiera que Ia superficie del fondo marino no será en general estrictamente plana, las baterías submarinas tendrán que trabajar normalmente en una posición que no será exactamente plana, y para optimizar su rendimiento Ia invención incluye un sistema de llenado / vaciado eficiente, consistente en por un lado realizar el llenado / vaciado siempre desde el punto más alto de Ia cámara de almacenamiento, mediante un sistema de tuberías que llegue hasta todas Ia esquinas ó extremos de Ia parte superior de Ia cámara de almacenamiento, y por otro lado realizar Ia toma / desagüe del agua de mar siempre a través del punto más bajo de Ia cámara de almacenamiento, mediante un sistema de válvulas comandado por un sistema de control de Ia inclinación de Ia batería (Figura 6).
Además, cuando sea previsible que Ia batería submarina de par ajustado pueda quedar ubicada en una posición con gran inclinación, Ia cámara de almacenamiento se puede subdividir en varias mediante tabiques verticales (Figura 6), y proceder así al llenado / vaciado de las cámaras de forma que se mantenga una distribución de fuerzas del gas de almacenamiento sobre Ia batería Io más homogénea posible.
Sistema de protección contra sedimentos
Otro sistema objeto de Ia invención consiste en dotar a las baterías submarinas de par ajustado de una barrera de protección contra las corrientes marinas y de un sistema de limpieza de sedimentos sobre Ia batería submarina a base de unos difusores alimentados con el propio gas de almacenamiento (Figura 6). La batería submarina de par ajustado de carga ascendente
La invención también incluye Ia posibilidad de introducir el gas de almacenamiento desde su base inferior, encontrándose Ia batería sometida a Ia presión estática del agua del exterior a través de una abertura en su base superior, ascendiendo Ia columna del gas de almacenamiento durante su carga por el interior de Ia batería de tal forma que se va encontrando continuamente con paredes progresivamente más altas, pudiendo reducirse drásticamente de esta forma las dimensiones del contrapeso superior.
Como ejemplo de batería submarina de carga ascendente podría servir el de Ia
Figura 4, aunque para ello tendría que estar perfectamente nivelado en todo momento el contrapeso inferior. En Ia práctica, el contrapeso inferior se dotaría de ciertas pendientes convergentes hacia un punto bajo por el que conectaría Ia tubería de carga / descarga de Ia batería.
La batería submarina de par ajustado de contrapeso flexible
La invención también incluye Ia posibilidad de disponer una batería con un único contrapeso superior, pero construido de tal forma que resulta ser flexible, que subirá y bajará al cargarse / descargarse Ia batería, que aprovecharía hondonadas en el fondo del mar para ser ubicada, y constaría tan sólo de una bolsa de material plástico flexible que se presionaría contra el fondo del mar por debajo y contra el contrapeso flexible por arriba (Figura 7).
Dependiendo de Ia geología del fondo marino, Ia batería de contrapeso flexible podría eliminar Ia parte inferior de Ia bolsa, ya que, si dicho fondo marino tiene Ia consistencia suficiente, podrían ser despreciables las pérdidas de gas por el fondo.
Además, se podrían reducir considerablemente las dimensiones del contrapeso flexible si se ubica Ia tubería de carga / descarga en el punto más inferior del fondo marino de tal forma que el gas de almacenamiento siempre se va encontrando superficies continuamente ascendentes durante el llenado de Ia batería, es decir, si se convierte en una batería submarina de carga ascendente y contrapeso flexible. Evidentemente, en las baterías submarinas de contrapeso flexible también se encuentra el par ajustado, ya que se impide el giro de Ia misma por utilizar como contrapeso inferior el propio fondo marino.
La fabricación de baterías submarinas de par ajustado de contrapeso flexible es mucho más simple que Ia del resto de baterías submarinas de par ajustado, ya que es factible dividir el contrapeso en partes e irlas bajando gradualmente desde un barco con una grúa. La invención incluye además Ia posibilidad de realizar Ia bajada de las partes del contrapeso con una cuchara bivalva cuyas paredes son huecas y contienen aire, de tal forma que contrarrestan ó reducen el peso a soportar y no crean par por encontrarse rodeando el contrapeso. Además, estas cucharas estarían dotadas de un foco y una cámara de video submarina que transmitirá Ia imagen del fondo marino al barco grúa para poder ejecutar con precisión Ia maniobra de descarga.
Licuación del gas de almacenamiento
La invención también incluye Ia posibilidad de llegar a licuar el gas de almacenamiento, comprimiéndolo hasta llegar a su presión de vapor, reduciendo de esta forma drásticamente las dimensiones de Ia batería submarina, y reduciendo también drásticamente las dimensiones del contrapeso ó contrapesos necesarios, e incluso eliminándolos por completo en el caso de resultar que el líquido de almacenamiento tiene mayor densidad que el agua de mar (Figura 8).
Este sistema reduce de una forma tan importante el volumen a almacenar que incluso se podría pensar en su almacenamiento en tanques a presión en tierra.
Sistema de purificación del aire atmosférico
Otra posibilidad de gran interés que incluye Ia invención consiste en utilizar aire atmosférico como fluido de almacenamiento en circuito abierto, es decir, consumiendo aire de Ia atmósfera para cargar Ia batería submarina de par ajustado y devolviendo el aire a Ia atmósfera una vez turbinado tras Ia descarga, pero con una salvedad importante, que estriba en que Ia compresión a Ia que ha sido sometido el aire es al menos la necesaria como para que se licúe el CO2 que contiene ó cualquier otro gas que se quiera eliminar del mismo. De esta forma, el CO2 se separa del aire y se puede proceder a descargarlo en el fondo marino, utilizando el aire limpio resultante para ser descargado y turbinado cuando se desee generar energía.
Por otro lado, si alguno de los gases que contenga el aire atmosférico y que se desee separar no se puede licuar independientemente, será necesario llegar a licuar el propio aire atmosférico, para proceder después a Ia separación por Ia destilación del mismo.
Sistemas de triple batería de gas
Por otro lado, Ia invención incluye un sistema de triple batería de gas para combinar el almacenamiento de energía eléctrica proveniente de Ia red eléctrica costera con el aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar y/o de Ia fuerza del viento mar adentro, caracterizado por disponer de una batería de baja presión (que puede ser Ia atmósfera en caso de utilizarse aire como gas de almacenamiento), desde Ia cual se comprime el gas hasta una batería submarina de par ajustado de media presión consumiendo energía proveniente de Ia red eléctrica costera, comprimiendo posteriormente el gas desde Ia batería submarina de par ajustado de media presión hasta una batería submarina de par ajustado de alta presión utilizando un sistema de aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar y/o un sistema de aprovechamiento de Ia energía de Ia fuerza del viento que utiliza estas fuentes de energía para transmitirla directamente al gas de almacenamiento incrementando así su presión, quedando Ia energía total empleada almacenada en forma de gas almacenado en Ia batería submarina de alta presión, para ser posteriormente turbinado hasta Ia batería de baja presión cuando sea necesario (Figura 9).
El sistema de triple batería de gas hace viable Ia utilización de Ia energía de las olas ó del viento mar adentro para transmitirla directamente al gas de almacenamiento, ya que, al alimentarse de Ia batería de media presión, se reduce considerablemente el problema del calentamiento del gas de almacenamiento al ser comprimido, que supone importantes pérdidas energéticas en este tipo de sistemas ó bien obliga a disponer de fuertes aislamientos térmicos. Además, se hace posible Ia utilización de estos sistemas mar adentro, ya que por sí solos requerirían grandes instalaciones que impedirían su viabilidad económica.
Además, es posible incorporar una ó varias baterías submarinas de par ajustado auxiliares intermedias entre Ia de media presión y Ia de alta presión, para poder realizar saltos diferentes entre las mismas con el sistema de aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar en función de las características del oleaje, gobernado todo ello por un sistema de control.
Utilización de CO2 en circuito cerrado como fluido de almacenamiento
La invención incluye Ia posibilidad de utilizar CO2 previamente capturado de centrales térmicas ó industriales como gas de almacenamiento en sistemas de almacenamiento de energía en baterías submarinas en circuito cerrado, de tal modo que se retiene en el sistema una determinada cantidad de CO2, evitando de este modo su emisión a Ia atmósfera.
Utilización de efluentes industriales en circuito abierto como fluido de almacenamiento
Por otro lado, Ia invención incluye un sistema de separación de efluentes gaseosos industriales, consistente en utilizar dichos efluentes como gas de almacenamiento en un sistema de almacenamiento de energía en circuito abierto (Figura 10), de tal forma que los efluentes gaseosos son comprimidos para hacerlos entrar en el sistema de batería ó baterías submarinas de par ajustado, obteniendo ya hasta este punto una primera ventaja al aprovecharse completamente Ia presión remanente de Ia que dispongan dichos efluentes. Pero Ia mayor ventaja de este sistema reside en que las baterías submarinas de par ajustado harán las veces de tanque de decantación del gas de almacenamiento, el cual, una vez quede en reposo y almacenado durante un tiempo determinado, se redistribuirá por capas de los diferentes gases que Io componen debido a las diferentes densidades de los mismos, siendo posible Ia separación completa y precisa de cada gas, emitiendo a Ia atmósfera tras ser turbinados los gases no dañinos para el medio ambiente, y enviando a sistemas de tratamiento el resto de gases. Por otro lado, bajo este procedimiento Ia separación entre los gases podría comenzar a producirse incluso desde el mismo momento de Ia compresión, ya que, dependiendo de las presiones de trabajo, es posible que determinados gases se licúen al ser comprimidos y por tanto puedan ser separados del resto previamente a su introducción en las baterías submarinas de par ajustado ó incluso en las propias baterías submarinas de par ajustado ó en baterías submarinas de par ajustado intermedias.
En caso de que los gases estén completamente mezclados formando un nuevo gas, el procedimiento a seguir será llegar hasta Ia presión suficiente para licuar Ia mezcla, y a partir de ahí proceder a su separación por destilación de Ia mezcla, pudiéndose utilizar para ello también baterías submarinas intermedias.
En cuanto al CO2 resultante de este proceso, se puede inyectar en el fondo marino o incluso en acuíferos salinos bajo el fondo marino.
Aprovechamiento eficiente del calor
La invención también incluye un sistema de aprovechamiento eficiente del calor generado durante Ia compresión del gas de almacenamiento, caracterizado por proceder al enfriamiento del gas de almacenamiento previamente a su introducción a
Ia batería submarina, cediendo su calor a otro fluido para usos varios previamente a su introducción a Ia batería submarina de par ajustado (salmuera de plantas desaladoras por osmosis inversa para proceder a su evaporación, agua pretratada de estaciones depuradoras de aguas residuales para proceder a su tratamiento biológico, agua de piscifactorías para incrementar su productividad, etc), o bien permitiendo simplemente su intercambio de calor con el agua de mar para incrementar Ia evaporación del mismo y permitir Ia formación de nubes que incrementen las lluvias de una determinada área geográfica.
Además, en determinados casos, el intercambio de calor podría realizarse en Ia propia conducción hasta Ia batería, disponiendo tuberías concéntricas donde se produciría el intercambio de calor, en lugar de tener que añadir un intercambiador de calor al sistema (Figura 11). Baterías submarinas compactas
Se trata de baterías submarinas esféricas, dotadas de un contrapeso que se encuentra ubicado en su interior, y que tiene libertad de movimiento por Ia superficie interior de Ia esfera.
De esta forma, el contrapeso siempre se autoubicará en el fondo de Ia batería, reduciendo de forma importante el par brusco que se crea por estar en Ia parte inferior de Ia batería, ya que Ia movilidad relativa del contrapeso sobre Ia esfera Io hace tender a quedar estático, sufriendo tan sólo ligeros movimientos debido al rozamiento. Así pues, también se trata de un tipo de baterías submarinas de par ajustado.
Así pues, estas baterías presentan Ia enorme ventaja de que se autocolocarán siempre "de pié" en el fondo marino (es decir, con el contrapeso colocado en Ia parte inferior), independientemente de Ia no existencia de una cimentación apropiada y de Ia morfología del fondo marino.
Estas baterías deberán construirse de tal forma que sean capaces de resistir el empuje ascensional del aire de su interior, Io cual en principio podría poderse ver como una desventaja, ya que implica paredes más resistentes, pero sin embargo este es un hecho que es sin duda positivo, pues de esta forma resultan baterías compactas, que serán capaces de resistir de forma segura eventualidades catastróficas como un terremoto en el fondo del mar.
Es obligado aclarar que Ia presión que deberán soportar las paredes de las baterías submarinas compactas es Ia equivalente a Ia de una columna de agua de su propia altura, que, siendo una presión considerable que las hace compactas, resulta una presión muy inferior a Ia del aire de su interior, o, Io que es Io mismo, a Ia presión estática del agua de mar a Ia profundidad a Ia que está ubicada Ia batería. Así pues, se mantiene Ia gran ventaja de no requerir Ia construcción de un tanque que resista Ia presión del aire de su interior.
Pero aún existen otros problemas pendientes de solucionar. En primer lugar, sigue existiendo la posibilidad de daños ó roturas en Ia tubería de carga / descarga, tanto durante Ia inmersión como durante Ia operación en el fondo marino. Y, en segundo lugar, con una disposición esférica no es posible construir un sistema de llenado / vaciado eficiente tal como el presentado en Ia presente solicitud de patente. Aunque Ia batería se autoposicione en el fondo marino, Ia tubería de carga / descarga tendrá un punto concreto por el que entre a Ia batería, que en principio puede quedar en cualquier lugar de Ia esfera.
Para solventar estos inconvenientes, las conducciones de carga / descarga de las baterías submarinas compactas tendrán construido su tramo más cercano a las mismas con un material flexible (es decir, serán mangueras en lugar de tuberías).
Además, estas mangueras continuarán por el interior de las baterías, y su extremo final estará conectado a un pequeño flotador que Io ubicará siempre en Ia posición más alta del interior de Ia batería. De esta forma se garantiza en todo momento el llenado / vaciado óptimo desde el punto de vista energético de las baterías, y se evita además tener que acudir a redes de tuberías y valvulería que complica Ia construcción y el mantenimiento de las baterías submarinas. Y, obviamente, el tramo exterior de manguera proporcionará un grado de libertad de movimientos relativos entre Ia batería submarina y Ia conducción de entrada / salida que impedirá que ésta pueda resultar dañada, tanto durante su inmersión como durante Ia operación de Ia batería.
Finalmente, el aire que se inyecta en Ia batería quedará alojado dentro de una membrana flexible, que impedirá su contacto directo con el agua de mar, impidiendo su disolución en Ia misma, y permitiendo al flotador del sistema de entrada el realizar correctamente su función.
Las baterías submarinas compactas presentan Ia ventaja adicional de que al ser esféricas presentan una relación óptima entre su volumen y su superficie, Io que significa que se minimizan las necesidades de material para Ia construcción de sus paredes.
Podrían realizarse baterías submarinas compactas que no fueran esféricas, achatándolas por los polos para lograr una optimización de los esfuerzos a soportar sacrificando parcialmente las ventajas descritas pero reduciendo el grado de exigencia de la presión que deben soportar sus paredes.
Las principales ventajas que aporta Ia invención son las siguientes:
- garantiza Ia existencia de un par corrector ó nulo en caso de giro de las baterías submarinas optimiza el rendimiento energético de las baterías submarinas minimiza el coste de ejecución de las baterías submarinas se sirve de residuos sólidos urbanos e incluso de CO2, que representan importantes problemas de contaminación ambiental, para Ia construcción de plantas de almacenamiento de energía incrementa Ia seguridad de operación de las baterías submarinas resuelve el problema del aislamiento térmico de las baterías submarinas optimiza Ia aplicación de las baterías submarinas para el almacenamiento de Ia energía de plantas de oleaje y de parques eólicos marinos, maximizando a su vez el rendimiento energético de dichos sistemas de generación y posibilitando su ubicación mar adentro en aguas profundas
- posibilita Ia aplicación de las baterías submarinas, así como de las plantas de oleaje y los parques eólicos marinos, a Ia desalación de agua de mar, a piscifactorías marinas y a otros muchos procesos industriales constituye un sistema único de clasificación y separación de efluentes gaseosos industriales, especialmente apropiado para culminar con Ia inyección de CO2 en el fondo marino ó en acuíferos salinos bajo el fondo del mar
Descripción de las figuras
Se aportan doce figuras para ayudar a explicar Ia invención. Se hace referencia a las mismas desde distintos puntos de este documento, explicando en cada caso los diferentes detalles de Ia misma. Dichas figuras son las siguientes:
Figura 1 : Batería submarina con contrapeso inferior
Figura 2: Batería submarina con contrapeso superior
Figura 3: Batería submarina de doble contrapeso con cámara de almacenamiento de volumen fijo Figura 4: Batería submarina de doble contrapeso con cámara de almacenamiento de volumen variable
Figura 5: Batería submarina de doble contrapeso con cámaras múltiples de almacenamiento de volumen variable
Figura 6: Batería submarina con sistemas de seguridad total anti roturas, de llenado y vaciado eficiente y de protección contra sedimentos, y con contrapesos con núcleo de residuos sólidos urbanos Figura 7: Batería submarina de contrapeso flexible Figura 8: Batería submarina de gas licuado
Figura 9: Sistema de triple batería de gas para combinación de plantas de oleaje y/o parques eólicos marinos con Ia regulación de energía eléctrica de redes cercanas a Ia costa
Figura lO: Sistema de tratamiento de efluentes gaseosos industriales en baterías submarinas
Figura 11: Intercambiador de calor utilizando tuberías concéntricas a Ia propia tubería de carga / descarga Figura 12: Batería submarina compacta esférica
Modo de realización de Ia invención
La realización preferente de Ia invención es sin duda Ia batería compacta esférica, representada en Ia Figura 12, y a continuación va a describirse el procedimiento más adecuado para su construcción y mantenimiento.
En primer lugar, se fabrica el tanque esférico, con materiales resistentes a Ia presión y debidamente protegidos contra Ia corrosión marina. Un lugar idóneo para Ia construcción de baterías submarinas podría ser un astillero.
Una vez construido el tanque se procede a su botadura y a Ia carga del contrapeso, a pesar del cual seguirá flotando. Un material que podría ser muy adecuado para utilizar de contrapeso es simplemente tierra, por tener un peso muy superior al del agua y ser de fácil disposición en cualquier lugar, y además poder cumplir Ia misión de deslizarse por el interior del tanque para ajustar Ia posición de Ia batería. La tierra podría dejarse suelta en el interior, o bien envolverla en una membrana flexible para evitar su posible disposición al exterior.
Posteriormente se añade Ia membrana que contendrá al aire y el sistema de distribución de aire mediante Ia manguera y el flotador, y a partir de ahí se comienza con Ia construcción de Ia conducción de carga / descarga, que se diseña para que se encuentre en equilibrio de fuerzas entre su propio peso y el empuje de flotación del aire de su interior, añadiéndole los contrapesos ó flotadores que resulten necesarios en cada punto.
El conjunto batería más conducción de entrada / salida se remolca hasta el lugar deseado, y se procede a su conexión con el compresor de Ia planta, para poder comenzar con Ia inmersión de Ia batería por flotación controlada, que se realizará ajustando Ia presión y el volumen del aire del interior de Ia batería en función de las órdenes de un sistema de control.
Una vez ubicada en su posición definitiva, Ia batería submarina comenzará su operación, pero siempre respetando un volumen de seguridad que permanecerá permanentemente lleno de agua de mar para evitar que Ia batería pueda ascender cuando está llena de aire.
Cuando por razones de mantenimiento se desee proceder a Ia ascensión de Ia batería submarina, se podrá hacer gracias al llenado de aire de Ia zona de seguridad.
Por todo Io descrito, se puede comprobar como el sistema descrito para realizar Ia inmersión y Ia ascensión de las baterías submarinas es algo muy similar a Ia tecnología, ya conocida y ampliamente desarrollada, de inmersión y ascensión de los submarinos.
Finalmente, también es importante mencionar que existe Ia posibilidad de ubicar Ia planta con el compresor y Ia turbina tanto en tierra como en el mar, reduciéndose en este último caso Ia longitud de Ia conducción de entrada / salida. Las principales aplicaciones industriales de Ia invención son las siguientes:
- como sistema de regulación de energía eléctrica de cualquier red eléctrica cercana a Ia costa - como sistema de almacenamiento de energía de plantas de oleaje y parques eólicos marinos
- como sistema de optimización energética de plantas de oleaje, parques eólicos marinos y plantas desaladoras de agua de mar
- como sistema de aprovechamiento energético de las mareas - como sistema de confinamiento de CO2 u otros efluentes gaseosos industriales
- como sistema de clasificación y separación de efluentes gaseosos industriales como sistema de purificación del aire atmosférico

Claims

REIVINDICACIONES
1a La batería submarina de par ajustado, caracterizada por ser un sistema de almacenamiento de energía basado en Ia compresión / descompresión de un gas de almacenamiento que aprovecha Ia presión estática del agua del mar ó de un lago para reducir las dimensiones del tanque de almacenamiento, caracterizado por disponer de un sistema que ajuste el par provocado por las fuerzas del peso del contrapeso necesario para evitar Ia ascensión del gas de almacenamiento con Ia propia fuerza de flotación del gas de almacenamiento
2a La batería submarina de par ajustado, según reivindicación 1, caracterizada por disponer de un contrapeso inferior que Ia dota de estabilidad, y de un contrapeso superior, que actúa como cerramiento superior, pudiendo estar dispuesta con una cámara de almacenamiento de volumen fijo donde coexisten el gas de almacenamiento con agua de mar del exterior de Ia batería, o bien con una cámara de almacenamiento de volumen variable que al llenarse con el gas de almacenamiento desplaza verticalmente al contrapeso superior
3a La batería submarina de par ajustado, según reivindicación 1, caracterizada por que uno ó ambos de sus contrapesos disponen de un núcleo de residuos sólidos urbanos ó industriales, incluso de residuos radiactivos, pudiendo ir recubiertos de tierra ó cualquier otro material pesado que a su vez les sirva de acolchamiento, y estando encerrados en un cajón de acero ó cualquier otro material resistente a Ia compresión que disponga de una de las caras libre de movimientos para poder ajustar el volumen del contrapeso en función de Ia presión estática del agua del exterior, pudiendo estar impermeabilizados para mantener el interior en seco y servir de aislamiento térmico del gas del interior de Ia batería
4a La batería submarina de par ajustado, según reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el gas de almacenamiento se introduce desde su base inferior, encontrándose Ia batería sometida a Ia presión estática del agua del exterior a través de una abertura en su base superior, ascendiendo Ia columna del gas de almacenamiento durante su carga por el interior de Ia batería de tal forma que se va encontrando continuamente con paredes progresivamente más altas, y caracterizada también por requerir contrapesos superiores de menores dimensiones
5a La batería submarina de par ajustado, según reivindicaciones anteriores, caracterizada por disponer de dos ó más cámaras de almacenamiento del gas, superpuestas a modo de sandwich, siendo Ia cámara superior Ia primera en llenarse, para, una vez equilibrado su contrapeso, pasar a llenarse Ia inmediatamente inferior, y así sucesivamente
6a La batería submarina de par ajustado, según reivindicaciones anteriores, caracterizada por estar dotada de un sistema de seguridad total contra roturas de Ia batería, consistente en Ia incorporación de un sistema de detección de roturas que acciona sendas válvulas de descarga brusca del gas de almacenamiento, una para hacerlo a través de Ia tubería de carga / descarga de Ia batería, y Ia otra para hacerlo a través de una tubería auxiliar de descarga flexible en su extremo inferior y con una boya en su extremo superior para mantenerla verticalidad
7a La batería submarina de par ajustado, según reivindicaciones anteriores, caracterizada por estar dotada de un sistema de llenado / vaciado eficiente, consistente en por un lado realizar el llenado / vaciado siempre desde el punto más alto de Ia cámara de almacenamiento, mediante un sistema de tuberías que llegue hasta todas Ia esquinas ó extremos de Ia parte superior de Ia cámara de almacenamiento, y por otro lado realizar Ia toma / desagüe del agua de mar siempre a través del punto más bajo de Ia cámara de almacenamiento, mediante un sistema de válvulas comandado por un sistema de control de Ia inclinación de Ia batería
8a La batería submarina de par ajustado, según reivindicaciones anteriores, caracterizada por ser fabricada de forma modular, de forma que los módulos tengan las dimensiones necesarias para poder ser descargados de un barco al mar y ser bajados por flotación hasta una profundidad suficiente como para que no se vean afectados por las sobrepresiones debidas al oleaje (profundidad de acoplamiento de módulos), y por disponer de una ó varias tuberías flexibles de interconexión con otros módulos, de longitud suficiente para llegar a Ia superficie desde Ia profundidad de acoplamiento de módulos, para ser definitivamente bajado hasta el fondo marino el conjunto completo una vez que se han acoplado todos los módulos, dejando una tubería de interconexión con posibles módulos futuros de longitud suficiente como para llegar a Ia superficie desde Ia profundidad de alojamiento de Ia batería
9a La batería submarina de par ajustado, según reivindicaciones anteriores, caracterizada por aprovechar hondonadas en el fondo del mar para ser construida, y consta de una bolsa de material flexible que se presiona contra el fondo del mar por debajo y por arriba contra un contrapeso superior, construido de tal forma que resulta ser flexible, que sube y baja al cargarse / descargarse Ia batería
10a El procedimiento de construcción de baterías submarinas de par ajustado, según reivindicación 9, consistente en dividir el contrapeso en partes e irlas bajando gradualmente desde un barco con una grúa, bajando las partes del contrapeso con una cuchara bivalva cuyas paredes son huecas y contienen aire, de tal forma que contrarrestan ó reducen el peso a soportar y no crean par por encontrarse rodeando el contrapeso, y que están dotadas de un foco y una cámara de video submarina que transmite Ia imagen del fondo marino al barco grúa para poder ejecutar con precisión Ia maniobra de descarga
11a La batería submarina de par ajustado, según reivindicaciones anteriores, caracterizada por estar ubicada a una profundidad suficiente como para llegar a licuar el gas de almacenamiento, comprimiéndolo hasta llegar a su presión de vapor, reduciendo de esta forma drásticamente las dimensiones de Ia batería, y reduciendo también drásticamente las dimensiones del contrapeso ó contrapesos necesarios, e incluso eliminándolos por completo en el caso de resultar que el líquido de almacenamiento tiene mayor densidad que el agua de mar
12a El sistema de almacenamiento de energía en base a Ia licuación de un gas, según reivindicación 11, caracterizado por realizar el almacenamiento en un tanque a presión en tierra .
13a La batería submarina de par ajustado, según reivindicaciones anteriores, caracterizada por tener el volumen de los contrapesos optimizado dotándolos de una forma determinada en función de Ia distribución de las fuerzas de ascensión del gas de almacenamiento
14a El sistema de triple batería de gas para combinar el almacenamiento de energía eléctrica proveniente de Ia red eléctrica costera con el aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar y/o de Ia fuerza del viento mar adentro, caracterizado por disponer de una batería de baja presión (que puede ser Ia atmósfera en caso de utilizarse aire como gas de almacenamiento), desde Ia cual se comprime el gas hasta una batería submarina de media presión de par ajustado, según reivindicaciones anteriores, consumiendo energía proveniente de Ia red eléctrica costera, comprimiendo posteriormente el gas desde Ia batería submarina de par ajustado de media presión hasta una batería submarina de par ajustado de alta presión, según reivindicaciones anteriores, utilizando un sistema de aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar y/o un sistema de aprovechamiento de Ia energía de Ia fuerza del viento que utiliza estas fuentes de energía para transmitirla directamente al gas de almacenamiento incrementando así su presión, quedando Ia energía total empleada almacenada en forma de gas almacenado en Ia batería submarina de par ajustado de alta presión, para ser posteriormente turbinado hasta Ia batería de baja presión cuando sea necesario
15a La incorporación de una ó varias baterías submarinas de par ajustado auxiliares intermedias entre Ia de media presión y Ia de alta presión en sistemas de triple batería de gas, según reivindicación 14, para poder realizar saltos diferentes entre las mismas con el sistema de aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar en función de las características del oleaje, gobernado todo ello por un sistema de control
16a La batería submarina de par ajustado de CO2, caracterizada por tratarse de un sistema de almacenamiento de energía en baterías submarinas de par ajustado, según reivindicaciones anteriores, que funciona en circuito cerrado utilizando CO2
(previamente capturado de las emisiones de centrales eléctricas) como gas de almacenamiento 77a El sistema de separación de efluentes gaseosos industriales en baterías submarinas de par ajustado, según reivindicaciones anteriores, consistente en utilizar dichos efluentes como gas de almacenamiento, de tal forma que son comprimidos para hacerlos entrar en el sistema de batería ó baterías submarinas de par ajustado, donde se decantarán una vez queden en reposo y almacenados durante un tiempo determinado, emitiendo a Ia atmósfera tras ser turbinados los gases no dañinos para el medio ambiente, y enviando a sistemas de tratamiento el resto de gases
18a El sistema de licuación de parte de los gases en un sistema de separación de efluentes gaseosos industriales en baterías submarinas de par ajustado, según reivindicación 17, caracterizado por que en el mismo Ia separación entre los gases comienza a producirse incluso desde el mismo momento de Ia compresión, aprovechando que determinados gases se licúen al ser comprimidos y por tanto puedan ser separados del resto previamente a su introducción en las baterías submarinas ó incluso en las propias baterías submarinas ó en baterías submarinas intermedias
19a El sistema de separación de efluentes gaseosos industriales totalmente mezclados en baterías submarinas de par ajustado, según reivindicaciones anteriores, consistente en utilizar dichos efluentes como gas de almacenamiento, de tal forma que son comprimidos hasta su licuación, y a partir de ahí son separados por destilación de Ia mezcla, pudiéndose utilizar para ello también baterías submarinas intermedias
20a El sistema de almacenamiento de CO2 u otros gases en el fondo marino tras ser separados del resto en sistemas de separación de efluentes gaseosos industriales, según reivindicaciones 17 a 19, caracterizado por aprovechar Ia separación efectuada del CO2 u otros gases para proceder a su confinamiento en el fondo marino o incluso en acuíferos salinos bajo el fondo marino
21a El sistema de purificación de aire atmosférico en baterías submarinas de par ajustado, según reivindicaciones anteriores, consistente en utilizar aire atmosférico como fluido de almacenamiento en circuito abierto, de tal forma que Ia compresión a Ia que se somete el aire es al menos Ia necesaria como para que se licué el CO2 que contiene ó cualquier otro gas que se quiera eliminar del mismo. De esta forma, estos gases se separan del aire y se puede proceder a descargarlos en el fondo marino, utilizando el aire limpio resultante para ser descargado, calentado y turbinado cuando se desee generar energía
22a El sistema de purificación de aire atmosférico en baterías submarinas de par ajustado, según reivindicaciones anteriores, consistente en utilizar aire atmosférico como fluido de almacenamiento en circuito abierto, de tal forma que Ia compresión a Ia que se somete el aire es Ia necesaria para licuarlo, para proceder después a Ia separación y confinamiento en el fondo marino de CO2 u otros gases por Ia destilación del aire
23a El sistema de aprovechamiento eficiente del calor generado durante Ia compresión del gas de almacenamiento, caracterizado por proceder al enfriamiento del gas de almacenamiento previamente a su introducción a Ia batería submarina de par ajustado, según reivindicaciones anteriores, caracterizado por Ia cesión del calor a otro fluido para usos varios previamente a su introducción a Ia batería submarina de par ajustado (salmuera de plantas desaladoras por osmosis inversa para proceder a su evaporación, agua pretratada de estaciones depuradoras de aguas residuales para proceder a su tratamiento biológico, agua de piscifactorías para incrementar su productividad, etc), o bien permitiendo simplemente su intercambio de calor con el agua de mar para incrementar Ia evaporación del mismo
24a La batería submarina de par ajustado, según reivindicación 1, caracterizada por tener una forma esférica, y estar dotada de un contrapeso que se encuentra ubicado en su interior, y que tiene libertad de movimiento por Ia superficie interior de Ia esfera, así como por que el gas que se inyecta en Ia batería queda alojado dentro de una membrana flexible, y respeta un volumen de seguridad que permanecerá permanentemente lleno de agua para evitar que Ia batería pueda ascender cuando está llena de gas, y cuya conducción de carga / descarga está diseñada para que se encuentre en equilibrio de fuerzas entre su propio peso y el empuje de flotación del aire de su interior, con los contrapesos ó flotadores necesarios en cada punto, y tiene su tramo más cercano al tanque construido con un material flexible (es decir, con una manguera en lugar de una tubería), que continúa por el interior del tanque, estando su extremo final conectado a un pequeño flotador que Io ubica siempre en Ia posición más alta del interior del tanque, y siendo construido el conjunto tanque más conducción de entrada / salida en superficie, para ser posteriormente remolcado hasta el lugar deseado, y procediendo a su conexión con el compresor de Ia planta y a su inmersión por flotación controlada, ajustando Ia presión y el volumen del aire del interior de Ia batería en función de las órdenes de un sistema de control
25a La batería submarina de par ajustado, según reivindicación 24, caracterizada por que su tanque de almacenamiento tiene una forma achatada diseñada para optimizar Ia distribución de fuerzas que debe soportar.
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