SISTEMA INTEGRAL DE APROVECHAMIENTO ENERGÉTICO.

Sistema integral de aprovechamiento energético.

Combina e integra el aprovechamiento de energía solar,

eólica y biomasa en la superficie ocupada por una torre solar de manera que se obtiene un mayor beneficio energético por unidad de superficie. Dicho sistema comprende una chimenea (10) solar, preferentemente entre 500 y 1000 m. de altura, que presenta inferiormente un invernadero (11) en cuyo suelo se encuentran instalados un número variable de destiladores (20) solares, adaptados para obtener agua dulce a partir de agua salada. Se ha previsto además que dichos destiladores (20) solares incorporen unos paneles solares fotovoltaicos (30) para un mayor aprovechamiento de la energía solar incidente. Además, con objeto de maximizar el rendimiento obtenido a partir de dichos destiladores (20) solares, se contempla la posibilidad de que éstos últimos cultiven microalgas en su interior para el aprovechamiento de energía de biomasa.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201030210.

Solicitante: UNIVERSIDAD DE ALICANTE.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: GARCÍA,JUAN CARLOS, MARCILLA GOMIS,ANTONIO FRANCISCO, GARCIA,ANGELA NURIA, LOPEZ PASTOR,MIRIAM.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • A01G33/00 SECCION A — NECESIDADES CORRIENTES DE LA VIDA.A01 AGRICULTURA; SILVICULTURA; CRIA; CAZA; CAPTURA; PESCA.A01G HORTICULTURA; CULTIVO DE LEGUMBRES, FLORES, ARROZ, FRUTOS, VID, LUPULO O ALGAS; SILVICULTURA; RIEGO (recolección de frutas, verduras, lúpulo o productos similares A01D 46/00; reproducción de plantas por técnicas de cultivo de tejidos A01H 4/00; dispositivos para desmochar o pelar las cebollas o bulbos de flor A23N 15/08; crecimiento de algas unicelulares C12N 1/12; cultivo de células vegetales C12N 5/00). › Cultivo de algas.
  • C02F1/14 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C02 TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS.C02F TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA O FANGOS (procedimientos para transformar las sustancias químicas nocivas en inocuas o menos perjudiciales, efectuando un cambio químico en las sustancias A62D 3/00; separación, tanques de sedimentación o dispositivos de filtro  B01D; disposiciones relativas a las instalaciones para el tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla en los buques, p. ej. para producir agua dulce, B63J; adición al agua de sustancias para impedir la corrosión C23F; tratamiento de líquidos contaminados por radiactividad G21F 9/04). › C02F 1/00 Tratamiento del agua, agua residual o de alcantarilla (C02F 3/00 - C02F 9/00 tienen prioridad). › utilizando energía solar.
  • F03D9/00 SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA.F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR.F03D MOTORES DE VIENTO.Adaptaciones de los motores de viento para usos especiales; Combinaciones de motores de viento con los aparatos que accionan (disposiciones relativas a conjuntos de propulsión de vehículos alimientados por energía eólica B60K 16/00; bombas caracterizadas por su combinación con motores de viento F04B 17/02).
  • F03G6/00 F03 […] › F03G MOTORES DE RESORTES, DE PESOS, DE INERCIA O ANALOGOS; DISPOSITIVOS O MECANISMOS QUE PRODUCEN UNA POTENCIA MECANICA, NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR O QUE UTILIZAN UNA FUENTE DE ENERGIA NO PREVISTA EN OTRO LUGAR (disposiciones relativas a la alimentación de energía obtenida a partir de fuerzas de la naturaleza en los vehículos B60K 16/00; propulsión eléctrica de los vehículos por fuente de energía obtenida a partir de fuerzas de la naturaleza B60L 8/00). › Dispositivos productores de potencia mecánica a partir de energía solar (hornos solares F24).
  • F03G6/04 F03G […] › F03G 6/00 Dispositivos productores de potencia mecánica a partir de energía solar (hornos solares F24). › gaseoso.

PDF original: ES-2371826_A1.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Sistema integral de aprovechamiento energético.

Objeto de la invención

La presente invención pertenece al campo de las energías renovables, y más concretamente a sistemas que combinan el aprovechamiento de diferentes tipos de energías renovables.

El objeto principal de la presente invención es un sistema integral de aprovechamiento de energías renovables que combina la energía solar, eólica y biomasa.

Antecedentes de la invención

En las últimas décadas se viene planteando la posibilidad del diseño e instalación de grandes chimeneas o torres solares que aprovechan la energía solar basándose en el poder ascensional del aire caliente. Dicho aire se calienta en unos invernaderos de grandes dimensiones y, en su ascenso a través de la chimenea, se hace pasar a través de unas turbinas donde se generan enormes cantidades de energía eléctrica.

Podemos encontrar varias patentes relacionadas con distintas variantes de esta misma idea. Por ejemplo, en la patente US 4275309 el suelo del invernadero está cubierto por arena, roca, gravilla o cualquier otro material que absorba calor; o bien la patente WO 01/96740 que propone una torre formada por cámaras de calefacción del aire, con una zona más angosta (similar a un tubo de Venturi) en la parte inferior, con el fin de aumentar la velocidad del aire e incluye reflectores para dirigir los rayos solares hacia las cámaras calefactoras.

A principio de los años 80 se construyó en Manzanares (Ciudad Real) una torre solar de 194.6 m de altura, en el centro de una superficie circular cubierta, que actuaba de invernadero, de 244 m de diámetro. El incremento de temperatura del aire entre la entrada (temperatura ambiente) y el colector era aproximadamente 20ºC. Este dispositivo proporcionaba una potencia energética nominal de 50 kW. Hay proyectos en los que se plantea la construcción de dispositivos similares de tamaño muy superior (torre de 750 m de altura, invernadero de diámetro 2900 m y potencia nominal 50 MW).

Por otro lado, los destiladores solares son dispositivos ampliamente conocidos para la obtención de agua dulce a partir de agua salada y, a pesar de su larga trayectoria, en la actualidad se continúan publicando patentes relacionadas con estos dispositivos. La producción de agua dulce obtenida en un destilador solar depende del calor aprovechado por el agua para su evaporación, lo cual a su vez depende de distintos parámetros, tales como el tipo de destilador, su orientación, la radiación solar que le llega, la transmitancia de la cubierta o el espesor de la capa de agua salada en su interior. En general, se puede considerar que la producción de agua dulce en los destiladores solares oscila en un intervalo comprendido entre 3-5 L/m2 día.

Asimismo la utilización del suelo de los invernaderos, de las citadas chimeneas solares, para la producción de cultivos energéticos dedicados bien a la producción de biocombustibles o bien al abastecimiento de una planta de generación eléctrica por biomasa, también ha sido tema de estudio e investigación. El cultivo de microalgas, tanto en reactores abiertos como cerrados, se está postulando últimamente como una alternativa interesante a los cultivos energéticos. El aprovechamiento del poder calorífico de estos microorganismos, así como de los posibles productos de elevado valor añadido que pueden contener, hacen de estos procesos un tema de investigación y desarrollo muy atractivo.

La patente con número de publicación WO2008142459 propone la construcción de una torre solar donde la mayor parte de la superficie bajo el invernadero esté cubierta de agua salada. La radiación solar y la circulación del aire producirán la evaporación del agua que puede ser recogida en puntos intermedios de la chimenea y utilizada para distintos fines. Sin embargo, la viabilidad de esta propuesta es cuestionable, ya que el calor consumido en la evaporación del agua impide la calefacción del aire hasta las temperaturas alcanzadas en ausencia de agua, con lo que la ascensión del aire por la torre no está en absoluto garantizada. La patente CN 101358578 (A) también pretende desalinizar agua de mar aprovechando una torre solar. La descripción dada no permite distinguir si se trata de un desalinizador cerrado o abierto.

Por último, la implantación de paneles solares para la obtención de energía eléctrica basada en el efecto fotovoltaico se viene incrementando en los últimos años y aunque la principal barrera para su desarrollo es de carácter económico, las perspectivas favorables de evolución tecnológica y económica, permiten predecir mejoras muy relevantes a medio plazo.

El problema técnico que se plantea es que tanto la instalación de torres solares como de paneles solares fotovoltaicos requiere grandes superficies de terreno para poder obtener rendimientos energéticos interesantes, con lo que se hace necesario maximizar y optimizar el aprovechamiento energético obtenido a partir de dichas instalaciones.

Descripción de la invención

Mediante la presente invención se resuelve el problema técnico anteriormente planteado proporcionando un sistema que combina e integra diferentes instalaciones de aprovechamiento de energías renovables de manera que se optimiza considerablemente la potencia energética obtenida por unidad de superficie.

Más concretamente, mediante el sistema integral de aprovechamiento energético, objeto de invención, se consigue obtener un mayor beneficio energético de la superficie ocupada por una torre solar, combinando el aprovechamiento de energía solar, eólica y biomasa. Dicho sistema, especialmente indicado para zonas geográficas donde el abastecimiento de agua potable suponga un problema, y cuyo coste de terreno sea bajo, comprende:

- una chimenea solar, preferentemente entre 500 y 1000 m de altura, en cuya base presenta un invernadero concéntrico de grandes dimensiones, abierto al exterior en todo su perímetro, y que dispone de una cubierta superior de material transparente adaptada para permitir el paso de radiación solar, y

- un número variable de destiladores solares, instalados sobre el suelo del invernadero, adaptados para obtener agua dulce a partir de agua salada mediante unos conductos de entrada y salida conectados a la red general tanto de suministro como de recogida.

El aire frío exterior entra en el invernadero por su extremo perimetral, este aire es calentado al incidir sobre él la luz solar, y avanza hacia la base de la chimenea aumentando gradualmente su temperatura (puede llegar incluso hasta los 50ºC). Este aire caliente, en su paso ascendente a través de la chimenea hace girar unas turbinas de aire dispuestas en su parte inferior, las cuales están conectadas a un generador principal produciendo energía eléctrica. De esta manera se consigue la conversión de energía solar y eólica en energía eléctrica.

Preferentemente los destiladores disponen de unos paneles solares fotovoltaicos para la obtención de energía eléctrica a partir de la radiación solar recibida. Dichos paneles solares, preferentemente ubicados en la cara posterior de los destiladores, se encuentran instalados adecuadamente tanto en orientación como en inclinación para maximizar su rendimiento.

Estos paneles solares fotovoltaicos pueden ir conectados al generador principal de la chimenea solar, o a un generador independiente. Asimismo, preferentemente se contemplan dos tipos de destiladores solares, unos con su cara posterior vertical, y otros con su cara posterior inclinada para una mayor absorción de la energía solar recibida en el panel solar fotovoltaico.

Se ha previsto que para optimizar aún más si cabe la eficiencia de los destiladores solares, su base y/o su cara posterior estén fabricados preferentemente en un material opaco, de manera que absorban mayor radiación solar, aumentando su temperatura.

De acuerdo con una realización preferente de la invención, y con objeto de aprovechar al máximo toda la superficie cubierta por los destiladores solares dentro del invernadero, se contempla la posibilidad de que dichos destiladores cultiven en su interior microalgas, para el aprovechamiento de energía de biomasa.

De estas microalgas se puede conseguir un doble beneficio: por un lado se obtienen fracciones útiles y productos naturales de interés (proteínas, lípidos, celulosa, aceite para posibles biocombustibles, etc.); y por otro lado, es posible obtener energía eléctrica mediante un generador secundario,... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Sistema integral de aprovechamiento energético que comprende una chimenea (10) solar en cuya parte inferior presenta unas turbinas de aire (13) y un generador principal (14) para la obtención de energía eléctrica, y que dispone en su base de un invernadero (11) concéntrico de grandes dimensiones abierto al exterior en todo su perímetro, con una cubierta (12) superior de material transparente adaptada para permitir el paso de radiación solar, caracterizado porque comprende adicionalmente unos destiladores (20) solares, instalados sobre el suelo del invernadero (11), que a partir de la radiación solar recibida transforman agua salada en agua dulce, con la colaboración de unos conductos (21) de entrada y salida conectados a la red general tanto de suministro como de recogida.

2. Sistema integral de aprovechamiento energético de acuerdo con reivindicación 1 caracterizado porque los destiladores (20) solares disponen de paneles solares fotovoltaicos (30) para la conversión de la energía solar incidente en energía eléctrica.

3. Sistema integral de aprovechamiento energético de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los destiladores (20) solares, presentan su base y/o su cara posterior fabricados en un material opaco.

4. Sistema integral de aprovechamiento energético de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende adicionalmente una serie de equipos (40) mediante los cuales es posible el cultivo de microalgas para el aprovechamiento de energía de biomasa, comprendiendo dichos equipos (40) al menos:

- una unidad de suministro (41) de fuente de carbono que proporciona el alimento a las microalgas,

- un biorreactor primario (42), en el cual se cultivan inicialmente las microalgas, las cuales son alimentadas mediante la fuente de carbono procedente de la unidad de suministro (41), siendo dichas microalgas posteriormente introducidas en los destiladores (20) solares,

- una unidad de separación (43), que separa las microalgas sólidas, y que dispone de medios de filtración para separar la materia sólida de la líquida procedente de las microalgas,

- una unidad de acondicionamiento (44), adaptada para controlar y ajustar diferentes variables de la materia líquida procedente de la unidad de separación (43), para que dicha materia líquida pueda servir de inoculo del biorreactor primario (42),

- una unidad de aprovechamiento (45) que vincula la unidad de separación (43) y la unidad de acondicionamiento (44) con la unidad de suministro (41) de fuente de carbono, comenzando así un nuevo ciclo de aprovechamiento de energía de biomasa, y

- una unidad de control que controla y automatiza la circulación de fluidos.

5. Sistema integral de aprovechamiento energético que comprende una chimenea (10) solar en cuya parte inferior presenta unas turbinas de aire (13) y un generador principal (14) para la obtención de energía eléctrica, y que dispone en su base de un invernadero (11) concéntrico de grandes dimensiones abierto al exterior en todo su perímetro, con una cubierta (12) superior de material transparente adaptada para permitir el paso de radiación solar, caracterizado porque comprende unos biorreactores secundarios, instalados sobre el suelo del invernadero (11) para el cultivo de microalgas.

6. Sistema integral de aprovechamiento energético de acuerdo con reivindicación 5 caracterizado porque los biorreactores secundarios disponen de paneles solares fotovoltaicos (30).

7. Sistema integral de aprovechamiento energético de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5-6 caracterizado porque comprende adicionalmente una serie de equipos (40) mediante los cuales es posible el cultivo de microalgas, comprendiendo dichos equipos (40) al menos:

- una unidad de suministro (41) de fuente de carbono que proporciona el alimento a las microalgas,

- un biorreactor primario (42), en el cual se cultivan inicialmente las microalgas, las cuales son alimentadas mediante la fuente de carbono procedente de la unidad de suministro (41), siendo dichas microalgas posteriormente introducidas en los biorreactores secundarios,

- una unidad de separación (43), que separa las microalgas sólidas, y que dispone de medios de filtración para separar la materia sólida de la líquida procedente de las microalgas,

- una unidad de acondicionamiento (44), adaptada para controlar y ajustar diferentes variables de la materia líquida procedente de la unidad de separación (43), para que dicha materia líquida pueda servir de inoculo del biorreactor primario (42),

- una unidad de aprovechamiento (45) que vincula la unidad de separación (43) y la unidad de acondicionamiento (44) con la unidad de suministro (41) de fuente de carbono, comenzando así un nuevo ciclo de aprovechamiento de energía de biomasa, y

- una unidad de control que controla y automatiza la circulación de fluidos.

8. Sistema integral de aprovechamiento energético de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 ó 7 caracterizado porque la unidad de suministro (41) proporciona una fuente de carbono que se selecciona entre:

- CO2,

- gas de chimenea, y

- una disolución de bicarbonato generada en un absorbedor de CO2 a partir de una disolución de carbonato de sodio bombeada en dicho absorbedor mediante un proceso automatizado.

9. Sistema integral de aprovechamiento energético de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 ó 7 caracterizado porque la unidad de separación (43) emplea una técnica seleccionada entre:

- decantación,

- floculación, y

- centrifugación.

10. Sistema integral de aprovechamiento energético de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 ó 7 caracterizado porque la unidad de aprovechamiento (45) comprende una unidad de tratamiento (46), en la cual se realizan una serie de operaciones con el fin de obtener la mayor cantidad posible de productos útiles (proteínas, lípidos, celulosa, o similares) a partir de la materia sólida de las microalgas.

11. Sistema integral de aprovechamiento energético de acuerdo con reivindicación 10 caracterizado porque la unidad de aprovechamiento (45) comprende adicionalmente:

- una caldera (47), adaptada para quemar los residuos de las microalgas no aprovechados en la unidad de tratamiento (46), o las microalgas en sí, cuyos gases de combustión son conducidos hasta la unidad de suministro (41) de la fuente de carbono, y

- un generador secundario (48) para la producción de electricidad a partir de la combustión de microalgas.

12. Sistema integral de aprovechamiento energético de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 5, caracterizado porque la chimenea (10) solar presenta una altura comprendida entre 500 y 1000 m.


 

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