BATERÍAS SUBMARINAS DE PAR AJUSTADO.

La invención presenta sistemas de almacenamiento de energía mediante la compresión / descompresión de un gas 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

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200900477.

Solicitante: UNIVERSIDAD DE SEVILLA
PREXTOR SYSTEMS, S.L
.

Nacionalidad solicitante: España.

Provincia: SEVILLA.

Inventor/es: DAVILA MARTIN,JAVIER, RUIZ DEL OLMO,FERNANDO, PEREZ MAGALLON,LUIS MANUEL, RUIZ ARAHAL,MANUEL.

Fecha de Solicitud: 20 de Febrero de 2009.

Fecha de Publicación: .

Fecha de Concesión: 7 de Noviembre de 2011.

Clasificación PCT:

  • B65D88/78 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B65 TRANSPORTE; EMBALAJE; ALMACENADO; MANIPULACION DE MATERIALES DELGADOS O FILIFORMES.B65D RECIPIENTES PARA EL ALMACENAMIENTO O EL TRANSPORTE DE OBJETOS O MATERIALES, p. ej. SACOS, BARRILES, BOTELLAS, CAJAS, LATAS, CARTONES, ARCAS, BOTES, BIDONES, TARROS, TANQUES; ACCESORIOS O CIERRES PARA RECIPIENTES; ELEMENTOS DE EMBALAJE; PAQUETES. › B65D 88/00 Grandes recipientes (partes constitutivas, detalles o accesorios B65D 90/00; gasómetros de capacidad variable F17B; recipientes para contener o almacenar gases comprimidos, licuados, o solidificados F17C). › para utilización en el agua o bajo ella.
  • F17C1/00 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F17 ALMACENAMIENTO O DISTRIBUCION DE GASES O LIQUIDOS.F17C RECIPIENTES PARA CONTENER O ALMACENAR GASES COMPRIMIDOS, LICUADOS O SOLIDIFICADOS; GASOMETROS DE CAPACIDAD FIJA; LLENADO O DESCARGA DE RECIPIENTES CON GASES COMPRIMIDOS, LICUADOS O SOLIDIFICADOS (utilización de cámaras o cavidades naturales o artificiales para el almacenamiento de fluidos B65G 5/00; construcción o ensamblaje de depósitos almacenadores empleando las técnicas de la ingeniería civil E04H 7/00; gasómetros de capacidad variable F17B; máquinas, instalaciones o sistemas de refrigeración o licuefacción F25). › Recipientes a presión, p. ej. cilindros de gas, tanques de gas, cartuchos reemplazables (aparatos presurizados con fines diferentes de los de almacenamiento, véanse las subclases apropiadas tales como la A62C, B05B; combinados con vehículos, véanse las subclases apropiadas de las clases B60 - B64; recipientes a presión en general F16J 12/00).

Fragmento de la descripción:

La invención se encuadra dentro del marco de la regulación y almacenamiento de energía, con especial aplicación al aprovechamiento de las fuentes de energía renovables y con aplicaciones colaterales a la clasificación, separación y purificación de todo tipo de gases. Estado de la 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, la denominada tecnología CAES, que almacena energía a base de comprimir aire atmosférico y almacenarlo en cavernas ó minas abandonadas. Esto evita la 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 la ascensión del aire por flotación, aunque esta tecnología no ha logrado desarrollarse a nivel comercial. Explicación de la invención Problemas técnicos planteados por los sistemas de almacenamiento de energía 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 la 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, lo que supone una pérdida importante de rendimiento de los compresores y de las turbinas, y, lo que es peor, requiere unos volúmenes de la caverna muy superiores a los que resultarían necesarios si la 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 la construcción del depósito de almacenamiento. En primer lugar, la necesidad de dotar a las baterías submarinas de un contrapeso que impida la ascensión del aire por flotación genera un importante problema, ya que, si dicho contrapeso se coloca en la parte inferior, la batería será muy estable a los vuelcos, pues en caso de giro de la misma se crea automáticamente un par que corrige su posición, pero resulta necesaria la 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 la parte superior del depósito (Figura 2), se reduce considerablemente el problema de la 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 la batería es muy propensa al vuelco, ya que ante cualquier giro de la 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 la hora de la 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 la construcción de baterías submarinas de gran capacidad estriba en los enormes peso y dimensiones de las mismas, que hacen prácticamente inviable su inmersión hasta el fondo del mar mediante grúas como una unidad completa. Además, la tubería de carga/descarga constituye otro grave inconveniente, ya que también resulta ser de dimensiones importantes y no es posible su acoplamiento a la 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 aíslen térmicamente, lo 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. 2 ES 2 356 209 A1 Finalmente, existe un problema adicional que también ha podido ser un freno para el desarrollo de las baterías submarinas, y es la 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 la 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 la atmósfera se mide por centenares de años, según los estudios que han sido realizados. Sin embargo, estos sistemas tienen graves inconvenientes ya que la captura de CO2 resulta compleja y costosa, la energía que se requiere para llevarlos a cabo es muy importante, y las instalaciones necesarias para ello son de gran envergadura. Descripción general de la invención y Soluciones aportadas La batería submarina de par ajustado de doble contrapeso Resulta imprescindible que las baterías submarinas sean estables al vuelco, es decir, que nunca ocurra lo reflejado en la Figura 2, donde se crea un par que hace volcar a la batería. Pero también resulta innecesario e incluso perjudicial que se haya de crear un par corrector tan importante como el de la Figura 1. La novedad básica de la invención consiste en disponer el contrapeso que resulta necesario para evitar la ascensión del gas de almacenamiento de tal forma que se evite ó se minimice la creación de un par de giro entre el peso del propio contrapeso y la fuerza de flotación del gas de almacenamiento. Para ello, la primera disposición posible 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 que se genere un par ligeramente corrector ó nulo ante un eventual giro de la 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 la 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 la estabilidad ante los vuelcos y de simplificar la estructura necesaria, la 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, lo 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 la cámara superior la primera en llenarse, para, una vez equilibrado su contrapeso, pasar a llenarse la inmediatamente inferior, y así sucesivamente (Figura 5). En cuanto al procedimiento de fabricación, la clave para conseguir hacer viable la construcción de baterías submarinas de par ajustado de doble contrapeso con gran capacidad de almacenamiento de energía y que constituye parte esencial de la invención radica en primer lugar en fabricarlas en la costa, de tal forma que se fabrica primero la batería submarina y luego se comienza a fabricar la tubería de carga/descarga en tierra y a remolcar el conjunto lentamente mar adentro, bien con la batería submarina de par ajustado alojada en un buque remolcador y la tubería de carga/descarga manteniéndose en la superficie por flotación o bien arrastrando el conjunto por el buque remolcador mientras se mantiene flotando en la superficie del mar. De esta forma se va fabricando la tubería de carga/descarga en tierra mientras el conjunto se va llevando por la superficie...

 


Reivindicaciones:

1. La batería submarina de par ajustado, que consiste en un sistema de almacenamiento de energía basado en la compresión/descompresión de un gas de almacenamiento que aprovecha la presión estática del agua del mar ó de un lago para reducir las dimensiones del tanque de almacenamiento, que se encuentra caracterizado por que el contrapeso que resulta necesario para evitar la ascensión del gas de almacenamiento se dispone de forma que se evita ó se minimiza la creación de un par de giro entre el peso del propio contrapeso y la fuerza de flotación del gas de almacenamiento. 2. La batería submarina de par ajustado, según reivindicación 1, caracterizada por disponer de un contrapeso inferior que la 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 la batería, o bien con una cámara de almacenamiento de volumen variable que al llenarse con el gas de almacenamiento desplaza verticalmente al contrapeso superior. 3. 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 la compresión que disponga de una de las caras libre de movimientos para poder ajustar el volumen del contrapeso en función de la 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 la batería. 4. La batería submarina de par ajustado, según reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el gas de almacenamiento se introduce desde su base inferior, encontrándose la batería sometida a la presión estática del agua del exterior a través de una abertura en su base superior, ascendiendo la columna del gas de almacenamiento durante su carga por el interior de la batería de tal forma que se va encontrando continuamente con paredes progresivamente más altas, y caracterizada también por requerir contrapesos superiores de menores dimensiones. 5. La batería submarina de para ajustado, según reivindicaciones anteriores, caracterizada por disponer de dos ó más cámaras de almacenamiento del gas, superpuestas a modo de sandwich, siendo la cámara superior la primera en llenarse, para, una vez equilibrado su contrapeso, pasar a llenarse la inmediatamente inferior, y así sucesivamente. 6. 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 varías tuberías flexibles de interconexión con otros módulos, de longitud suficiente para llegar a la superficie desde la 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 la superficie desde la profundidad de alojamiento de la batería. 7. 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 la 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. 8. 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 CO 2 (previamente capturado de las emisiones de centrales eléctricas) como gas de almacenamiento. 9 ES 2 356 209 A1 ES 2 356 209 A1 11 ES 2 356 209 A1 12 ES 2 356 209 A1 13 ES 2 356 209 A1 14 ES 2 356 209 A1 OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS ESPAÑA

 

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