Sistema de almacenamiento de energía por geofractura hidráulica.

Método de almacenamiento de energía, que comprende:

bombear un fluido a través de un pozo (41) y al interior de una fractura hidráulica (46) en una formación rocosa alrededor del pozo (41),

estando la fractura hidráulica (46) preparada de manera que la tasa de fuga de fluido (52) de fluido a almacenar bajo presión puede disminuir a un valor pequeño o mínimo; y

antes de la fuga (52) de fluido desde la fractura hidráulica (46), reducir la presión en el pozo (41) a fin de extraer una parte del fluido por el pozo (41) y producir energía a partir de la presión del fluido extraído.

Sistema de almacenamiento de energía por geofractura hidráulica Antecedentes de la invención

1. Campo de la invención

La presente invención se refiere al almacenamiento de energía. Más en concreto, se inyecta fluido en un pozo para formar una fractura hidráulica. El fluido puede ser bombeado a la fractura bajo presión y después puede ser extraído de la fractura bajo presión y utilizado para generar energía.

2. Análisis de la técnica anterior

Una serie de factores que incluyen seguridad energética, inestabilidad de precios, regulación de carbono, incentivos fiscales y temores referentes al calentamiento global antropogénico están impulsando un crecimiento rápido de las energías renovables. Dado que los combustibles fósiles líquidos se consumen principalmente en la industria del transporte debido a su excepcional densidad energética (alrededor de 45 MJ/litro) y que los biocombustibles proporcionan sólo una ganancia de energía limitada, el papel fundamental de las fuentes de energía renovables consiste en desplazar el consumo de combustibles fósiles a la generación de energía eléctrica. Estados Unidos consume actualmente alrededor de 1 TW (112 vatios) de energía eléctrica, por lo que sólo las tecnologías renovables que con el tiempo pueden distribuir un total de 1 GW son opciones significativas de almacenamiento en red. Aparte de la energía hidroeléctrica, que ha estado operando básicamente a pleno rendimiento durante décadas, en este momento sólo se pueden tener en cuenta el sistema solar y los sistemas basados en el viento. Hoy en día, ninguno de ellos tiene un coste competitivo sin subsidios sustanciales financiados con fondos públicos, aunque se espera que los gastos de capital y los costes de operación caigan con el tiempo, y puedan llegar finalmente a precios de paridad con las centrales eléctricas alimentadas con carbón y gas. De éstos, las turbinas eólicas son las más económicas, con un gasto de capital (capex) de alrededor de 1,75 $/watt, y sólo Texas tiene una base instalada con una capacidad de producción máxima de aproximadamente 2,5 GW.

Estos dos recursos renovables clave, eólico y solar, sufren de intermitencia tanto de forma diaria como estacional, como se ¡lustra en la figura 1. Por tanto, ninguno es adecuado para proporcionar energía de carga base. Las fluctuaciones de producción también causan inestabilidad en la red eléctrica; sin medios de nivelación de carga dinámicos (por ejemplo, tecnologías de redes inteligentes), las fuentes de energía renovable ahora deben limitarse a menos de un diez por ciento de la energía distribuida en una red eléctrica dada. Como resultado de ello, la energía eléctrica renovable a nivel de la red eléctrica está limitada no sólo por la economía fuente, sino también por las tecnologías de estabilización de red.

Por tanto, se necesita tecnología de almacenamiento de energía eléctrica a gran escala en paralelo con fuentes de energía renovables. La Tabla 1 enumera las características de las tecnologías de almacenamiento de energía candidatas. Los sistemas de almacenamiento eléctrico más comunes en uso hoy en día se basan en algún tipo de tecnología de baterías; los principales candidatos incluyen baterías de plomo-ácido, de iones de litio y de flujo de vanadio. Estas son generalmente útiles no sólo para la nivelación de las energías renovables en la fuente, sino también para desplazar el pico y mejorar la fiabilidad en el punto de uso. A partir de 28, PG&E compraba Instalaciones para áreas residenciales con una capacidad nominal de 1 MW de suministro durante 5 horas a un precio de S2M de dólares americanos. Esto fue justificado por el aplazamiento de la inversión para una mayor capacidad de transmisión (2/3) y en parte por la mejora de la calidad del servicio (1/3). Esto proporciona una escala útil y un precio óptimo para tener en cuenta las tecnologías de almacenamiento alternativas: capacidad 5. kw/h, y precio 4$/kw/hr.

TABLA 1

Almacenamiento de celdas de

combustible/subterráneo

Almacenamiento motor de hidrógeno/Gas

Como ejemplo aplicado, una turbina eólica con una capacidad nominal de 3 MW y un factor de utilización típico de ,3 generará alrededor de 22. kilovatios/hora/día. Si tres unidades de almacenamiento a base de baterías descritas anteriormente se dedicasen a cada turbina eólica, el gasto de capital sería de más del doble, a partir de 5,25M $ para una instalación de turbinas eólicas de 3 MW. Claramente, la tecnología actual de baterías es prohibitivamente cara para un almacenamiento general a escala de red eléctrica, incluso con mejoras técnicas razonables y economías de escala.

Tecnologías líderes de almacenamiento de energía a escala de red eléctrica incluyen bombeo hidroeléctrico y almacenamiento de energía por aire comprimido (CAES). El bombeo hidroeléctrico utiliza energía eléctrica en horas de menor carga para bombear agua cuesta arriba a un embalse. Esto requiere fácil acceso a grandes cantidades de agua y a un terreno bien situado, lo cual escasea en la región en la que la densidad de potencia eólica es adecuada: las grandes llanuras del centro de Estados Unidos. Este enfoque técnico sin duda se ha demostrado y es fiable, y también goza de una excelente eficiencia total de ~87%. Los sistemas de almacenamiento por aire comprimido dependen de la disponibilidad de minas abandonadas o del desarrollo de cavernas de subsuelo profundo. Esta es una tecnología probada que puede situarse por encima de... [Seguir leyendo]

1. Método de almacenamiento de energía, que comprende:

bombear un fluido a través de un pozo (41) y al Interior de una fractura hidráulica (46) en una formación rocosa alrededor del pozo (41), estando la fractura hidráulica (46) preparada de manera que la tasa de fuga de fluido (52) de fluido a almacenar bajo presión puede disminuir a un valor pequeño o mínimo; y

antes de la fuga (52) de fluido desde la fractura hidráulica (46), reducir la presión en el pozo (41) a fin de extraer una parte del fluido por el pozo (41) y producir energía a partir de la presión del fluido extraído.

2. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el fluido es un líquido.

3. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el fluido es un gas.

4. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el fluido es una mezcla de líquido y gas.

5. Método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que:

el fluido está a una presión por encima de la presión de fracturaclón de la formación rocosa, y en el que al menos una parte del fluido contiene una resina (5), y en el que el método comprende además;

desplazar al menos una parte del fluido desde la fractura mediante la Inyección de un fluido de desplazamiento (54) en la fractura (46); y

permitir que la resina (5) cure.

6. Método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que una parte del fluido contiene además un aditivo de pérdida de fluido.

7. Método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que una parte del fluido contiene además un apuntalante (55).

8. Método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la resina (5) es resina pura.

9. Método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la resina (5) es un epoxi.

1. Método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la resina (5) es una resina fenólica o un furano.

11. Método de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la resina (5) tiene la forma de una dispersión de resina en un líquido.

12. Método de acuerdo con la reivindicación 1 que comprende además:

generar energía eléctrica durante períodos de producción óptimos utilizando una fuente principal de energía para un sistema de red eléctrica;

utilizar una parte de la energía eléctrica generada durante períodos de producción óptimos para bombear el fluido de almacenamiento al interior de la fractura hidráulica (46) en la tierra;

durante un período de producción no óptimo, extraer el fluido de almacenamiento de la fractura hidráulica y generar energía eléctrica para el sistema de red eléctrica.

13. Método de acuerdo con la reivindicación 12, en el que una resina curada (5) está en o alrededor de la fractura hidráulica (46) en la tierra.

14. Método de acuerdo con la reivindicación 12, en el que la fractura hidráulica (46) se ha formado mediante el método de la reivindicación 5.