Sistema de almacenamiento, generación y regulación de energía eléctrica de alta capacidad sobre plataforma flotante aprovechando la profundidad existente en mares y lagos.

Sistema de almacenamiento, generación y regulación de energía eléctrica de alta capacidad sobre plataforma flotante aprovechando la profundidad existente en mares y lagos.

Consiste en una plataforma flotante situada en el mar o en un lago donde exista cierta profundidad para almacenar la energía eléctrica proveniente de un elemento generador de energía eléctrica o de una red eléctrica de distribución, en forma de energía potencial mediante la elevación de uno o varios elementos de peso, desde el fondo hasta la plataforma flotante, por medio de un motor eléctrico para luego ser convertida posteriormente, con el descenso del elemento de peso, en energía eléctrica por medio de un generador eléctrico e inyectarla a una red de distribución eléctrica.

SISTEMA DE ALMACENAMIENTO, GENERACIÓN Y REGULACION DE ENERGÍA ELÉCTRICA DE ALTA CAPACIDAD SOBRE PLATAFORMA FLOTANTE APROVECHANDO LA PROFUNDIDAD EXISTENTE EN MARES Y LAGOS.

Sector de la técnica La presente invención se refiere a un sistema de almacenamiento, generación y regulación de energía eléctrica de alta capacidad capaz de almacenar

Estado de la técnica El constante incremento de la demanda de eléctricidad, la excesiva dependencia de los combustibles fósiles para generar electricidad y el alarmante aumento de gases de efecto invernadero, han provocado que cada vez más se intente conseguir que la producción de electricidad mediante energías renovables sea una alternativa a la energía proveniente de los combustibles fósiles; paralelamente se está mejorando la eficiencia y el rendimiento tanto de los sistemas generadores de energía eléctrica como de los elementos receptores y las redes de distribución eléctrica.

Actualmente se están desarrollando proyectos de aprovechamientos energéticos marinos, también conocidos por el término inglés "offshore". La obtención de energía eléctrica a partir de las energías renovables en el mar se consigue principalmente mediante parques eólicos pero también son dignas de medición otras técnicas como la generación de energía a partir de las olas, las mareas, las corrientes marinas, el gradiente salino y la energía térmica (OTEe) .

Uno de los principales inconvenientes de las energías, denominadas renovables, es la irregularidad a la hora de producir energía. Ocurre por ejemplo con la energía eólica, es una tecnología con un enorme potencial pero con el inconveniente de que no genera energía constante y es impredicible; la intermitencia por falta o exceso de viento provoca una deficiente producción que puede ocasionar distorsiones en las redes de distribución eléctrica a las que está conectada.

Por otro lado, los sistemas de suministro de energía eléctrica tienen por objeto ajustarse a la demanda de la red en tiempo real manteniendo los parámetros básicos ( tensión y frecuencia ) dentro de las tolerancias establecidas para ese servicio. La demanda de energía no es constante en el tiempo sufriendo frecuentes variaciones de tal manera que la generación de energía se debe de adaptar a una demanda variable. Los períodos de baja demanda corresponden principalmente con los fines de semana y horarios nocturnos. Los de alta demanda con días laborales y horario diurno. El precio de la energía varia igualmente de tal forma que sufre fluctuaciones en función de esa demanda.

Para adaptar la oferta de energía eléctrica a la demanda, los sistemas de distribución gestionan las órdenes de conexión para conseguir que la energía se genere en el momento de ser consumida. La almacenamiento de energía en períodos de baja demanda para ser utilizada en los de alta demanda favorece notablemente la gestión de las redes eléctricas.

Actualmente se disponen de varios sistemas de almacenamiento de energía:

Centrales hidroeléctricas reversibles.

Almacenamiento de aire comprimido, también denominado con el

término ingles "CAES" ( Compressed Air Energy Suply ) ; como depósito de almacenamiento se utilizan cabernas subterráneas.

Volantes de inercia.

Baterías convencionales, de flujo y avanzadas.

Super-condensadores.

Almacenamiento magnético "SMES".

A parte de estas tecnologías existen en desarrollo las siguientes:

Pilas de combustible reversible.

Almacenamiento de aire comprimido en bolsas sumergidas y ancladas en el fondo del océano.

Almacenamiento de aire comprimido en esferas de hormigón en el

fondo marino.

Cuando el almacenamiento se quiere dedicar a aportar energía de base al sistema eléctrico, las mejores opciones son el aire comprimido y los bombeos. Si lo que se pretende es mejorar la calidad de la potencia, con aportaciones de energía eléctrica a la red de forma muy rápida pero durante espacios de tiempo muy reducidos, son las baterías las que resultan más atractivas.

En cuanto a las tecnologías en desarrollo tenemos las pilas de combustible reversible, es un dispositivo electroquímico de conversión de energía similar al de una batería pero se diferencia en que los reactivos se abastecen continuamente. Los reactivos típicos son hidrógeno y oxígeno. Plantean varios problemas como el bajo rendimiento y la dificultad para almacenar el hidrógeno.

Acualmente se está investigando el poder almacenar arie comprimido en el fondo del mar, patente US 2011/0169275 con fecha de publicación 14/7/2011. La empresa Thin Red Une Aerospace ha desarrollado unas bolsas que se anclarían en el fondo del mar. En el artículo de la revista "Theengineer" del 25 de abril de 2011 denominado "Compressed air energy storage has bags of potential" se describe este tipo de tecnología CAES con almacenamiento en el fondo del mar. Este artículo se detallan tamién los inconvenientes de este sistema, eficiencia en torno al 70%, problemas con la gestión del calor derivado. A parte también habría que tener en cuenta las dificultades técnicas que supone conectar una manguera de alimentacion con aire comprimido entre estas bolsas situadas en el fondo marino y los equipos de compresión situados en la superficie.

Problema técnico planteado.

Sería por tanto deseable disponer de un sistema de almacenamiento de energía eléctrica con capacidad suficiente para armonizar y modular las energías procedentes de energías no gestionables ubicadas en el mar o próximas a mares, lagos o pantanos.

Para ello la presente invención se centra en almacenar la energía mediante un sistema técnica y económicamente viable con una elevada eficiencia en la conversión de la energía.

Descripción de la invención.

La presente invención se refiere a un sistema de almacenamiento, generación y regulación de energía eléctrica de alta capacidad sobre plataforma flotante aprovechando la profundidad existente en mares y lagos. La plataforma se encuentra amarrada al fondo del mar, lago o pantano mediante los correspondientes tensores y/o un sistema de posicionamiento dinámico con sus correspondientes propulsores. La plataforma flotante estará conectada eléctricamente mediante conductores con los elementos productores de energía eléctrica y/o con una red de distribución eléctrica. Los conductores marinos antes de conectarse a las celdas de entrada pasarán por una bobina que amortiguara los posibles desplazamientos de la plataforma. Para ello dispondrá al menos de una subestación eléctrica offshore con la correspondiente aparamente aléctrica de maniobra, protección, medida, regulación y control, además de los elementos transformadores de la tensión eléctrica. Sobre esta plataforma flotante se instalarán además al menos: un generador eléctrico; un motor eléctrico o un motor eléctrico reversible que funcione también como generador; un multiplicador o un reductor mecánico según determine el caso concreto; un elemento de izado cuyo eje estará acoplado al rotor del generador y al eje del motor: transmisión mecáncia con los correspondientes accesorios; un elemento de peso y su correspondiente cable conectado con los elementos de izado; un sistema de frenado progresivo; un sistema de acople a eje de motor y a rotor de generador; un sistema de control de todas las operaciones. La plataforma flotante dispondrá también al menos de un orificio por el que se deslizará el cable que sustenta el elemento de peso.

El sistema acumulador de energía eléctrica funcionará de la siguiente forma. El elemento de peso sustentado del elemento de izado podrá desplazarse verticalmente desde la superficie en la que se sitúa la plataforma hasta el fondo del mar. En su recorrido descendente el cable hará girar el rotor de un generador produciendose la transformación de energía potencial a energía eléctrica; la longitud del cable de sustentación será la adecuada según la profundidad a la que se encuentre el...

1. Sistema de almacenamiento, generación y regulación de energía eléctrica de alta capacidad sobre plataforma flotante aprovechando la profundidad existente en mares y lagos, caracterizado porque almacena la energía eléctrica proveniente de un sistema generador o de una red eléctrica de distribución en forma de energía potencial mediante la elevación de uno o varios elemento de peso (17) , desde el fondo del mar, de un lago o un pantano hasta una plataforma flotante (16) , por medio de un motor eléctrico (22) y que es convertida posteriormente, con el descenso del elemento de peso (17) en energía eléctrica por medio de un generador eléctrico (23) para inyectarla a una red de distribución eléctrica (19) .

-Una pluralidad de elementos generadores de energía eléctrica (11) : aerogeneradores eólicos, generadores a partir de olas (undimotriz) , mareas (maremotriz) , corrientes marinas, gradiente salino, energía térmica (maremotérmica, OTEC) , centrales electricas convencionales ( térmica, nuclear, termosolar, hidroeléctrica o de cualquier otra naturaleza) , red de distribución eléctrica, que se conectan al sistema de almacenamiento, generación y regulación de energía.

Una pluralidad de conductores eléctricos (12) que conexionan eléctricamente elementos productores de electricidad (11) con la plataforma flotante (16) .

-Una pluralidad de pilotes de anclaje (13) .

-Una pluralidad de cables de amarre (15) que anclados en el fondo del mar mediante los pilotes (13) sujeta a la plataforma foltante (16) . -Plataforma flotante (16) sobre superficie de agua (28) . -Una pluralidad de elementos de peso (17) . -Conjunto de cables (18) sustentadores del elemento de peso (17) . -Una pluralidad de conductores eléctricos (19) que unen la plataforma

flotante (16) con una red de distribución eléctrica. -Una pluralidad de bobinas o carretes (20) que almacenan el cable (12) y

(19) para amortiguar las oscilaciones de la plataforma. -Subestación eléctrica (21) . -Motor eléctrico (22) . -Generador eléctrico (23) .

-Transmisión mecánica de acople (24) entre el mecanismo de izado (25) y/o motor eléctrico (22) , generador eléctrico (23) , motor eléctrico reversible (29) .

-Mecanismo de izado (25) con sus accesorios para elevar o descender el elemento de peso (17) , (aparejo, polea, polipasto, cablestrante o de cualquier otra naturaleza) . Transforma el movimiento lineal del cable (18) en movimiento circular para hacer girar el generador. Transforma el movimiento circular del motor eléctrico en movimiento lineal del cable (18) . Dispone de elementos de seguridad y frenado. Está acoplado a transmisión mecánica (24) que a su vez conecta con reductor de velocidad (26) y motor eléctrico (22) y/o con multiplicador (27) y generador eléctrico (23) .

-Reductor de velocidad (26) para motor eléctrico (22) que acopla a través de transmisión mecánica (24) a mecanismo de izado (25) . -Multiplicador de velocidad (27) para generador eléctrico (23) que acopla a través de transmisión mecánica (24) a mecanismo de izado (25) . -Motor eléctrico reversible (29) capaz de funcionar como motor o como generador eléctrico.

-Conductor eléctrico (30) para conexión entre subestacion eléctrica (21) y motor electrico (22) , subestacion eléctrica (21) y generador electrico (23) o subestación eléctrica (21) y máquina reversible (29) .

-Sistema de transmisión mecánica (31) capaz de modificar el recorrido del cable sustentador (18) y conseguir una distancia de seguridad con el elemento de peso.

-Estructura para m;mtener elevados los elementos: 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 29, 30 Y 31, en caso de disponer una plataforma flotante (16) sumergida y próxima a la superficie.

3. Sistema de almacenamiento, generación y regulación de energía eléctrica de alta capacidad sobre plataforma flotante aprovechando la profundidad existente en mares y lagos, según reivindicacines primera y segunda, caracterizado porque cualquiera de los elementos que configuran el sistema puede ser único o múltiple.

4. Sistema de almacenamiento, generación y regulación de energía eléctrica de alta capacidad sobre plataforma flotante aprovechando la profundidad existente en mares y lagos, según reivindicacines primera, segunda y tercera, caracterizado porque comprende varios elementos de peso que realizan los ciclos de subida y bajada desfasados unos de otros de tal forma que cuando uno o varios elementos de peso son elevados por el o los motores eléctricos, otros elementos de peso están

parados y/o realizando un movimiento descendente inyectando el sistema acumulador tensión a la red eléctrica (19) .

5. Sistema de almacenamiento, generación y regulación de energía eléctrica de alta capacidad sobre plataforma flotante aprovechando la profundidad existente en mares y lagos, según reivindicación precedente, caracterizado porque comprende un sistema de control para regular la secuencia de trabajo de los elementos de izado (25) .

6. Sistema de almacenamiento, generación y regulación de energía eléctrica de alta capacidad sobre plataforma flotante aprovechando la profundidad existente en mares y lagos, según reivindicación precedente, caracterizado porque los elementos de peso (17) disponen de sensores de profundidad y están conectados al sistema de control de la reivindicación quinta.

7. Sistema de almacenamiento, generación y regulación de energía eléctrica de alta capacidad sobre plataforma flotante aprovechando la profundidad existente en mares y lagos, según reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la inyección de energía a la red proveniente de los elementos productores se puede realizar a través del sistema de almacenamiento con el fin de mejorar la calidad de la energía suministrada.

8. Sistema de almacenamiento, generación y regulación de energía eléctrica de alta capacidad sobre plataforma flotante aprovechando la profundidad existente en mares y lagos, según reivindicaciones primera, segunda y tercera, caracterizado porque comprende un sistema de control para regular la puesta en marcha o el paro de uno o más motores eléctricos, de uno o más generadores eléctricos y/o de uno o más motores eléctricos reversibles (29) .

9. Sistema de almacenamiento, generación y regulación de energía eléctrica de alta capacidad sobre plataforma flotante aprovechando la profundidad existente en mares y lagos, según reivindicaciones primera, segunda y tercera, caracterizado porque comprende un sistema de control para regular los elementos de seguridad y frenado de uno o más mecanismos de izado (25) .

10. S:stema de almacenamiento, generación y regulación de energía eléctrica de i3lta capacidad sobre plataforma flotante aprovechando la profundidad existente en mares y lagos, según reivindicaciones primera, segunda y tercera,

caracterizado porque comprende un sistema de control para regular las operaciones de manibra de una o más subestaciones eléctricas (21) .

11. Sistema de almacenamiento, generación y regulación de energía eléctrica de alta capacidad sobre plataforma flotante aprovechando la profundidad existente en mares y lagos, según reivindicaciones primera, segunda y tercera, caracterizado porque las operaciones de manibra de una o más subestaciones eléctricas (21) están automatizadas.

12. Sistema de almacenamiento, generaClon y regulación de energía eléctrica de alta capacidad sobre plataforma flotante aprovechando la profundidad existente en mares y lagos, según reivindicaciones primera, segunda y tercera, caracterizado porque las operaciones de manibra de una o más subestaciones eléctricas (21) se pueden realizar de forma manual.

13. Sistema de almacenamiento, generación y regulación de energía eléctrica de alta capacidad sobre plataforma flotante aprovechando la profundidad existente en mares y lagos, según reivindicaciones precedentes, caracterizado porque existe un sistema de control centralizado que gobierna las órdenes a los diferentes elementos del sistema y gestiona las señales recibidas de los elementos de campo instalados.

14. Sistema de almacenamiento, generación y regulación de energía eléctric:~ de 2.:ta capacidad sobre plataforma flotante aprovechando la profundidad existente en mares y lagos, según reivindicaciones primera, segunda y tercera, caracterizado porque la plataforma se puede situar en el mar, en el oceano, en un lago o en Ull pantano, encontrándose el agua de la superficie en estado líquido o sólido.

15. Sistema de almacenamiento, generación y regulación de energía eléctrica de aita capacidad sobre plataforma flotante aprovechando la profundidad existente en mares y lagos, según reivindicaciones primera, segunda y tercera, caracterizado porque sobre la plataforma se pueden instalar elementos generadores de electricidad.

16. Sistema de almacenamiento, generación y regulación de energía eléctrica de ita capacidad sobre plataforma flotante aprovechando la profundidad existente en mares y lagos, según reivindicaciones primera, segunda y tercera,

caractt'!rizad¡) porque la plataforma (16) es una embarcación adaptada para el uso descritc\ en la presente memoria.

17. Sistema de almacenamiento, generación y regulación de energía eléctrica de aita capacidad sobre plataforma flotante aprovechando la profundidad existen':e en llares y lagos, según reivindicaciones primera, segunda y tercera, caracterizad!) porque la plataforma (16) se encuentra próxima a la superficie del agua pero sumergida y el resto elementos necesarios para la generación eléctrica se sitúan sobre una estructura (32) elevada por encima de la superficie del agua evitando los 9'Jlpes del oleaje.

~3. Si3tl~ma de almacenamiento, generación y regulación de energía eléctrica de a:ta capacidad sobre plataforma flotante aprovechando la profundidad existente en , nares y lagos, según reivindicaciones primera, segunda y tercera,

caracterizado porque la plataforma (16) se puede anclar en el fondo del mar y/o mantener su Josición fija mediante un sistema de posicionamiento dinámico.