ES2356209B1

ES2356209B1 - Baterías submarinas de par ajustado.

Info

Publication number: ES2356209B1
Application number: ES200900477A
Authority: ES
Inventors: Javier Davila Martin; Fernando Ruiz del Olmo; Luis Manuel Perez Magallon; Manuel Ruiz Arahal
Original assignee: Prextor Systems S L; PREXTOR SYSTEMS SL; Universidad de Sevilla
Current assignee: Prextor Systems S L; PREXTOR SYSTEMS SL; Universidad de Sevilla
Priority date: 2009-02-20
Filing date: 2009-02-20
Publication date: 2011-11-18
Anticipated expiration: 2029-02-20
Also published as: ES2356209A1

Abstract

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.

Description

Baterías submarinas de par ajustado.

Sector de la técnica a que se reﬁere la invención

Lainvención se encuadra dentro del marcodela regulaciónyalmacenamientode energía, con especial aplicación al aprovechamientode las fuentesde energía renovablesy con aplicaciones colateralesala clasiﬁcación, separacióny puriﬁcaciónde todo tipodegases.

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 energíaabasede comprimiraireatmosféricoyalmacenarloencavernasóminas abandonadas.Estoevita 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 rendimientosyresulta económicamentemásventajosaquelas centralesde bombeoreversibley esporelloque,ligadaal desarrollodela energía eólicaestá tomando muchoaugeenlos 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 importantede rendimientode los compresoresyde las turbinas,y,lo quees peor,requiereunosvolúmenesdelacavernamuy superioresalosqueresultarían necesariossilapresiónse mantuviese constante.

Los mencionados sistemasde almacenamientode energíaen depósitos submarinosquehan sido ideadosypatentados 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 establealos vuelcos,puesen casodegirodelamismase crea automáticamenteunparque corrigesu posición, pero resulta necesariala 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 problemadela construcción del depósito, puesel contrapeso puede servirde cierrevertical del mismoynormalmente se tratarádedepósitosdemuypocaalturaymucha superﬁcieenlasbases.Sinembargo,enestecasola bateríaesmuy 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 pesoy 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 serde dimensiones importantesy no es posible su acoplamientoala batería submarina una vez ubicada en el fondo del mar, ya que, a las profundidades a las que normalmente se ubicarán, es imposibleel trabajo conbuzos.

Otro de los inconvenientes que también ha venido impidiendo el desarrollo de las baterías submarinas radica en el hechodel calentamientodelosgasesal sercomprimidos.Amenosquese aíslen térmicamente,lo cual resultainviable con los aislamientos térmicosde uso industrial común, se producirán pérdidasde energía por pérdidade calor delgas 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 la diﬁcultad para impedir el riesgo de creación de una macroburbuja degas 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 muchoslos estudiosyexperimentacionesquese están realizando sobrela capturadeCO2delos eﬂuentesde las centrales térmicasóde determinadas industriasysu almacenamiento bajo tierraóen 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 complejaycostosa,la energíaqueserequiereparallevarlosacaboesmuy importante,ylas instalaciones necesarias para ello son de gran envergadura.

Descripción generaldelainvenciónySoluciones 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 enla Figura2, dondese creaunparque hacevolcarala batería. Pero también resulta innecesarioe incluso perjudicial que se haya de crear un par corrector tan importante como el de la Figura 1.

Lanovedad básicadelainvención consisteen disponerel contrapesoque resulta necesarioparaevitarla ascensión delgasde almacenamientodetal formaqueseeviteó se minimicelacreacióndeunpardegiroentreelpesodel propio contrapesoyla fuerzade ﬂotación delgasde almacenamiento.

Para ello, la primera disposición posible consiste en desdoblar en dos partes el contrapeso de las baterías submarinas,detalmodoqueel contrapeso inferiorseasiempre ligeramentemayoróinclusoigualqueel contrapesosuperior, provocandodeesta maneraquesegenereunpar ligeramente correctorónuloanteuneventualgirodelamisma(Figura 3).

Este sistema, denominado batería submarina de par ajustado de doble contrapeso, puede estar dispuesto con una cámaradealmacenamientodevolumenﬁjodonde coexistenelgasde almacenamiento con aguade mardelexterior dela batería (Figura3),o bien con una cámarade almacenamientodevolumenvariablequeal llenarse conelgasde 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 submarinadepar ajustadode doblecontrapeso permite utilizarlos propios contrapesos como aislamientodelas 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 muypoca altura.

Estas baterías submarinas también se pueden disponer con múltiples cámaras, disponiendode dosómás cámaras dealmacenamiento delgas, superpuestasa modode sandwich, siendola cámara superiorla primera en llenarse, para, unavez equilibradosu contrapeso, pasara llenarsela inmediatamente inferior,yasísucesivamente (Figura5).

En cuanto al procedimiento defabricación, la clave para conseguir hacer viable la construcción de baterías submarinasdepar ajustadode doble contrapeso con gran capacidadde almacenamientode energíayque constituyeparte esencialdelainvención radicaenprimerlugarenfabricarlasenlacosta,detalformaquesefabricaprimerolabatería submarinayluegosecomienzaafabricarla tuberíade carga/descargaen tierrayaremolcarel conjunto lentamentemar adentro, bien conla batería submarinade par ajustado alojada en unbuque remolcadoryla tuberíade carga/descarga manteniéndose enla superﬁcie por ﬂotacióno bien arrastrandoel conjunto porelbuque remolcador mientras se mantiene ﬂotandoenlasuperﬁciedel mar.De esta formasevafabricandola tuberíade carga/descargaen tierra mientrasel conjunto se va llevando por la superﬁcie del mar hasta el lugar desde donde se procederá a la inmersión del conjunto. Apartirdeaquí,se conectaráel compresorala tuberíadecarga/descargaysecomenzaráconlainmersióndelconjunto por ﬂotación controlada, gobernadaporun sistemadecontrolque actuará sobreel compresorysobrelas válvulasde entrada/salida de la batería submarina en función de la profundidad a la que se encuentre la 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 puedenfabricar de forma modular, deforma que los módulos tengan las dimensiones necesarias para poder ser manejados por elbuque 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), disponiendode unaó varias tuberíasﬂexiblesde interconexión con otros módulos,de longitud suﬁcientepara llegar a la superﬁcie desde la 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 la superﬁcie desde la profundidad de alojamientodela batería.Delaforma descrita, se consigue por un lado trabajarde forma segura, aún cuandola ejecución dela batería submarinadepar ajustadose prolongue durantevarias jornadasde trabajo,ypor otro ladose minimiza la longitud necesaria de las conducciones de acoplamiento entre módulos, lo cual es de vital importancia, sobre todo cuando se ubican a profundidades importantes.

Por otro lado,ytal como sehaexplicado anteriormente,la batería submarinade par ajustadode doble contrapeso minimizaelpar creado ante cualquier posiblegirodelasbaterías submarinas. Este hechoesdeextremada importancia ya que permite su inmersión por ﬂotación hasta su asentamiento en el fondo marino, incluso con la tubería de carga/descarga acoplada desdeel principio, sin riesgosde giros bruscos porla acción del oleaje,de corrientes marinasó por cualquier otra eventualidad. Además, este sistema permite también subir la batería submarina de par ajustado a la superﬁcie en caso de resultar necesario ante cualquier eventualidad.

Contrapesos con núcleo de residuos sólidos

Por otro lado, la invención también contempla la posibilidad de que unoóambos de sus contrapesos dispongan de un núcleo de residuos sólidos urbanosó industriales, incluso de residuos radiactivos, pudiendo ir recubiertosde tierraó cualquier otromaterialpesadoqueasuvezlessirvade acolchamiento,y estando encerrados enuncajón de aceroócualquierotro material resistenteala compresiónquedispongadeunadelascaraslibredemovimientos 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 secoyservir de aislamientotérmico delgas del interior de la batería (Figura 6).

Contrapesos de forma ajustada a la distribución de fuerzas

Otro aspecto de la invención consiste en dotar a los contrapesos de una forma que se ajuste a la distribución de fuerzas de ascensión delgas de la batería submarina de par ajustado, de tal modo que se optimiza el tamaño delos 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 la batería, consistente en la incorporación de un sistema de detección de roturas que acciona sendas válvulasde descargabruscadelgasde almacenamiento,unapara hacerloatravésdela tuberíadecarga/descargade la batería,yla otrapara hacerloa travésde una tubería auxiliarde descarga ﬂexible en suextremo inferiory conuna boya en su extremo superior para mantener la verticalidad (Figura 6).

Sistema de llenado/vaciado eﬁciente

Además, comoquieraquela superﬁciedelfondomarinonoseráengeneral estrictamenteplana,las bateríassubmarinas tendrán que trabajar normalmente en una posición que no seráexactamente plana,ypara optimizar su rendimiento la invención incluye un sistema de llenado/vaciado eﬁciente, consistente en por un lado realizar el llenado/vaciado siempre desde el punto más alto de la cámara de almacenamiento, mediante un sistema de tuberías que llegue hasta todas la esquinas ó extremos de la parte superior de la cámara de almacenamiento, y por otro lado realizar la toma/desagüe del agua de mar siempre a través del punto más bajo de la cámara de almacenamiento, mediante un sistema de válvulas comandado por un sistema de control de la inclinación de la batería (Figura 6).

Además, cuando sea previsible que la batería submarina de par ajustado pueda quedar ubicada en una posición con gran inclinación, la cámara de almacenamiento se puede subdividir en varias mediante tabiques verticales (Figura 6),yprocederasíal llenado/vaciadodelas cámarasde formaquesemantenga una distribuciónde fuerzasdelgasde almacenamiento sobre la batería lo más homogénea posible.

Sistema de protección contra sedimentos

Otro sistema objeto de la invención consiste en dotar a las baterías submarinas de par ajustado de una barrera de protección contra las corrientes marinasyde un sistemade limpiezade sedimentos sobrela batería submarinaa base de unos difusores alimentados conel propiogasde almacenamiento (Figura6).

La batería submarina de par ajustado de carga ascendente

Lainvención también incluyela posibilidadde introducirelgasde almacenamiento 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, ascendiendola columnadelgasde almacenamiento durantesu cargaporel interiordela bateríadetal formaqueseva 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 la Figura 4, aunque para ello tendría que estar perfectamente nivelado en todo momento el contrapeso inferior. En la práctica, el contrapeso inferior se dotaría de ciertas pendientes convergentes hacia un punto bajo por el que conectaría la tubería de carga/descarga de la batería.

La batería submarina de par ajustado de contrapeso ﬂexible

La invención también incluye la posibilidad de disponer una batería con un único contrapeso superior, pero construido de tal forma que resulta ser ﬂexible, que subiráy bajará al cargarse/descargarse la batería, que aprovecharía hondonadasenelfondodelmarparaser ubicada,yconstaríatansólodeunabolsade material plásticoﬂexiblequese presionaría contrael fondodel marpor debajoycontrael contrapesoﬂexiblepor arriba(Figura7).

Dependiendodela geología delfondo marino,la bateríade contrapeso ﬂexiblepodría eliminarla parte inferiorde la bolsa, ya que, si dicho fondo marino tiene la consistencia suﬁciente, podrían ser despreciables las pérdidas degas por el fondo.

Además, se podrían reducirconsiderablemente lasdimensiones del contrapeso ﬂexiblesi se ubicala tuberíade carga/descargaenel puntomás inferiordelfondo marinodetal formaqueelgasde almacenamiento siempreseva encontrando superﬁcies continuamente ascendentes durante el llenado de la batería, es decir, si se convierte en una batería submarinade carga ascendenteycontrapeso ﬂexible.

Evidentemente, en las baterías submarinas de contrapeso ﬂexible también se encuentra el par ajustado, ya que se impideel girodela mismapor utilizar como contrapeso inferiorel propio fondo marino.

Lafabricaciónde baterías submarinasde par ajustadode contrapeso ﬂexible es mucho más simple quela del resto de baterías submarinasde par ajustado,ya que esfactibledividirel contrapeso en partese irlas bajando gradualmente desde un barco con una grúa. La invención incluye además la posibilidad de realizar la bajada de las partes del contrapeso con una cuchara bivalva cuyas paredes son huecas y contienen aire, de tal forma que contrarrestan ó reducenel pesoa soportary no crean par por encontrarse rodeandoel contrapeso. Además, estas cucharas estarían dotadas de un focoy una cámara de video submarina que transmitirá la imagen del fondo marino al barco grúa para poder ejecutar con precisiónla maniobrade descarga.

Licuación del gas de almacenamiento

Lainvención también incluyela posibilidadde llegara licuarelgasde almacenamiento, comprimiéndolo hasta llegar a su presión de vapor, reduciendo de esta forma drásticamente las dimensiones de la batería submarina, y reduciendo también drásticamente las dimensiones del contrapesoócontrapesos necesarios,e incluso eliminándolos porcompletoenelcasode resultarqueellíquidode almacenamientotienemayor densidadqueelaguademar(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 la invención consiste en utilizar aire atmosférico como ﬂuido de almacenamientoencircuito abierto,esdecir, consumiendoairedelaatmósferaparacargarla batería submarinadepar ajustadoydevolviendoel aireala atmósfera unavez turbinado trasla descarga, pero con una salvedad importante, que estriba en que la compresión a la que ha sido sometido el aire es al menos la necesaria como para que se licúe el CO2que contieneócualquierotrogasquesequiera eliminardel mismo.Deestaforma,elCO2se separadelaireyse puede procedera descargarlo enel fondo marino, utilizandoel aire limpio resultante para ser descargadoyturbinado cuando se desee generar energía.

Por otro lado, si alguno de losgases que contenga el aire atmosféricoyque se desee separar no se puede licuar independientemente, será necesario llegar a licuar el propio aire atmosférico, para proceder después a la separación por la destilación del mismo.

Sistemasde triple bateríade gas

Por otro lado,lainvención incluye un sistemade triple bateríadegas para combinarel almacenamientode energía eléctricaprovenientedelared eléctrica costera conel aprovechamientodelaenergíadelas olasdel mary/odela fuerzadel vientomar adentro, caracterizadopordisponerdeunabateríadebajapresión(quepuedeserla atmósferaen casode utilizarse aire comogasde almacenamiento), desdela cualse comprimeelgas hasta una batería submarinade par ajustado de media presión consumiendo energía proveniente de la red eléctrica costera, comprimiendo posteriormenteelgas desdela batería submarinade par ajustadode media presión hasta una batería submarinade par ajustado de alta presión utilizando un sistema de aprovechamiento de la energía de las olas del mar y/o un sistema de aprovechamientodela energíadela fuerzadel vientoque utiliza estas fuentesde energíaparatransmitirladirectamenteal gasde almacenamiento incrementandoasísu presión, quedandola energía totalempleada almacenadaen formadegas almacenado en la batería submarina de alta presión, para ser posteriormente turbinado hasta la batería de baja presión cuando sea necesario (Figura 9).

El sistemade triple bateríadegas hace viablela utilizacióndela energíade las olasódel viento mar adentro para transmitirla directamente algas de almacenamiento, ya que, al alimentarse de la batería de media presión, se reduce considerablemente el problema del calentamiento delgas de almacenamiento al ser comprimido, que supone importantespérdidasenergéticasenestetipode sistemasóbienobligaadisponerdefuertes aislamientos térmicos.Además, se hace posiblela utilizaciónde estos sistemas mar adentro,ya que porsí solos requerirían grandes instalacionesque impedirían su viabilidad económica.

Además,esposible incorporar unaó varias baterías submarinasdepar ajustado auxiliares intermedias entrelade media presiónylade alta presión, para poder realizar saltos diferentes entre las mismas conel sistemade aprovechamientodelaenergíadelasolasdelmarenfuncióndelas característicasdeloleaje,gobernadotodoelloporunsistema de control.

Utilización de CO2 en circuito cerrado como ﬂuido de almacenamiento

La invención incluye la posibilidad de utilizar CO2 previamente capturado de centrales térmicas ó industriales comogas 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 la atmósfera.

Utilización de eﬂuentes industriales en circuito abierto como ﬂuido de almacenamiento

Por otro lado,lainvención incluye un sistemade separaciónde eﬂuentesgaseosos industriales, consistente en utilizar dichos eﬂuentes comogas de almacenamiento en un sistema de almacenamiento de energía en circuito abierto (Figura10),detalformaquelos eﬂuentesgaseososson comprimidospara hacerlos entrarenel sistemade bateríaóbaterías submarinas de par ajustado, obteniendo ya hasta este punto una primera ventaja al aprovecharse completamente la presión remanentedelaquedispongan dichos eﬂuentes. Perolamayorventajade estesistema resideenquelas baterías submarinasde par ajustado harán lasvecesde tanquede decantación delgasde almacenamiento,el cual, una vez quede en reposoyalmacenado durante un tiempo determinado, se redistribuirá por capas de los diferentesgases quelo componen debidoalas diferentes densidadesdelos mismos, siendo posiblela separación completayprecisa de cadagas, emitiendoala atmósfera tras ser turbinadoslosgasesno dañinos parael medio ambiente,y enviandoa sistemasde tratamientoelrestodegases.

Por otrolado, bajo este procedimientola separación entre losgases podría comenzara producirse incluso desdeel mismomomentodela compresión,yaque, dependiendodelas presionesde trabajo,es posibleque determinadosgases se licúenal ser comprimidosypor tanto puedan ser separados del resto previamentea su introducción en las baterías submarinasdepar ajustadoóinclusoenlas propias baterías submarinasdepar ajustadoó en baterías submarinasde par ajustado intermedias.

En casodequelosgases estén completamente mezclados formandoun nuevogas,el procedimientoaseguirserá llegarhastalapresión suﬁcienteparalicuarlamezcla,y apartirdeahíprocederasu separaciónpordestilacióndela 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 delcalor

Finalmente, la invención también incluye un sistema de aprovechamiento eﬁciente del calor generado durante la compresión delgas de almacenamiento, caracterizado por proceder al enfriamiento delgas de almacenamiento previamente a su introducción a la batería submarina, cediendo su calor a otro ﬂuido para usos varios previamente a su introducción a la batería submarina de par ajustado (salmuera de plantas desaladoras por ósmosis 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 intercambiode calor conel aguade mar para incrementarlaevaporación del mismoypermitirla formaciónde nubes que incrementen las lluvias de una determinada área geográﬁca.

Además, en determinados casos, el intercambio de calor podría realizarse en la propia conducción hasta la batería, disponiendo tuberías concéntricas donde seproduciría el intercambio de calor, en lugar de tener que añadir un intercambiador de calor al sistema (Figura 11).

Ventajas de la invención respecto al estado de la técnica anterior

Las principales ventajas que aporta la invención son las siguientes:

-: garantizalaexistenciade un par correctorónulo en casode girode las baterías submarinas

-: optimiza el rendimiento energético de las baterías submarinas

-: minimiza el coste de ejecución de las baterías submarinas

-sesirvede residuos sólidosurbanoseinclusodeCO2,querepresentan importantes problemasde contaminación ambiental, para la construcción de plantas de almacenamiento de energía

-: incrementa la seguridad de operación de las baterías submarinas

-: resuelve el problema del aislamiento térmico de las baterías submarinas

-: optimiza la aplicación de las baterías submarinas para el almacenamiento de la energía de plantas de oleajey de parques eólicos marinos, maximizando a su vez el rendimiento energético de dichos sistemas de generación yposibilitando su ubicación mar adentro en aguas profundas

-: posibilita la aplicación de las baterías submarinas, así como de las plantas de oleaje y los parques eólicos marinos,ala desalaciónde aguade mar, a piscifactorías marinasy a otros muchos procesos industriales

-: constituye un sistema único de clasiﬁcación y separación de eﬂuentes gaseosos industriales, especialmente apropiado para culminar con la inyección de CO2 en el fondo marinoó en acuíferos salinos bajo el fondo del mar.

Descripción de los dibujos

Se aportan seis ﬁguras para ayudar a explicar la invención. Se hace referencia a las mismas desde distintos puntos de este documento, explicando en cada caso los diferentes detalles de la 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

Figura6: Batería submarina con sistemasdeseguridad total anti roturas,de llenadoy vaciado eﬁcienteyde protección contra sedimentos,y con contrapesos con núcleode residuos sólidos urbanos

Figura 7: Batería submarina de contrapeso ﬂexible

Figura8: Batería submarinadegas licuado

Figura 9: Sistema de triple batería degas para combinación de plantas de oleaje y/o parques eólicos marinos con la regulación de energía eléctrica de redes cercanas a la costa

Figura 10: Sistemade tratamientode eﬂuentesgaseosos industriales en baterías submarinas

Figura 11: Intercambiador de calor utilizando tuberías concéntricas a la propia tubería de carga/descarga

Exposición detalladadealmenos un mododerealizacióndelainvención

De entre los diversos modos que han sido descritos, se expondrá a continuación el modo de realización de las baterías submarinas de par ajustado de doble contrapeso.

Tal comosehaexplicado anteriormente,en primerlugarsefabricala batería submarinadepar ajustadoenla costa, yluego se comienzaafabricarlatuberíade carga/descarga en tierraya remolcarel conjunto lentamente mar adentro, bien con la batería submarina alojada en unbuque remolcadory la tubería de carga/descarga manteniéndose enla superﬁcie por ﬂotacióno bien arrastrandoel conjuntoporelbuque remolcador mientras se mantiene ﬂotando enla superﬁciedel mar.De esta forma sevafabricandola tuberíade carga/descarga en tierra mientrasel conjunto seva llevandoporla superﬁciedel mar hastaellugar desde dondese procederáala inmersióndelconjunto.Apartirdeaquí, se conectaráel compresorala tuberíade carga/descargay secomenzará conla inmersióndel conjuntopor ﬂotación controlada, gobernadaporun sistemade controlque actuará sobreel compresorysobrelas válvulasde entrada/salida dela batería submarina en funcióndela profundidadala que se encuentrela batería submarinaen cada momento hasta llevarlo a su ubicación deﬁnitiva en el fondo del mar.

Aplicaciones industriales de la invención

Las principales aplicaciones industriales de la invención son las siguientes:

-: como sistema de regulación de energía eléctrica de cualquier red eléctrica cercana a la costa -como sistemade almacenamientode energíade plantasde oleajeyparques eólicos marinos

-: como sistema de optimización energética de plantas de oleaje, parques eólicos marinosyplantas desaladoras de agua de mar

-: como sistema de aprovechamiento energético de las mareas como sistema de conﬁnamiento de CO2 u otros

eﬂuentesgaseosos industriales

-: como sistemade clasiﬁcaciónyseparaciónde eﬂuentesgaseosos industriales

-: como sistema de puriﬁcación del aire atmosférico.

Claims

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 paraevitarla ascensión delgasde almacenamiento se disponede forma que seevita ó se minimiza la creación de un par de giro entre el peso del propio contrapesoy la fuerza de ﬂotación delgasde almacenamiento.
2.

La batería submarina de par ajustado, según reivindicación 1, caracterizada por disponer de un contrapeso inferior que la dota de estabilidad,yde un contrapeso superior, que actúa como cerramiento superior, pudiendo estar dispuesta con una cámarade almacenamientodevolumen ﬁjo donde coexistenelgasde almacenamiento con aguade 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 unoóambos de sus contrapesos disponen de un núcleo de residuos sólidos urbanosóindustriales, incluso de residuos radiactivos, pudiendo ir recubiertosde tierraócualquier otro material pesado quea suvez les sirvadeacolchamiento,yestando encerrados en un cajónde aceroócualquier otro material resistenteala compresión que dispongade unade las caras librede movimientos para poder ajustar el volumen del contrapeso en función de la presión estática del agua del exterior, pudiendo estar impermeabilizadospara mantenerel interioren secoyservirde aislamiento térmicodelgasdel interior de la batería.
4.

La batería submarina de par ajustado, según reivindicaciones anteriores, caracterizada por queelgasde almacenamiento se introduce desde su base inferior, encontrándose la batería sometida a la presión estática del agua del exterioratravésdeuna aberturaensubase superior, ascendiendola columnadelgasde almacenamiento durantesu carga por el interior de la batería de tal forma que se va encontrando continuamente con paredes progresivamente más altas,ycaracterizada tambiénpor requerir contrapesos superioresde menores dimensiones.
5.

La batería submarina de para ajustado, según reivindicaciones anteriores, caracterizada por disponer de dosó máscámarasde almacenamientodelgas, superpuestasamododesandwich,siendolacámarasuperiorlaprimeraen llenarse, para, unavez equilibrado su contrapeso, pasara llenarsela inmediatamente inferior,yasí 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 sobrepresionesdebidasal oleaje(profundidadde acoplamientode módulos),ypor disponerdeunaó 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 comoparallegara licuarelgasde almacenamiento, comprimiéndolo hastallegarasupresión devapor, reduciendode esta forma drásticamentelas dimensionesdela batería,yreduciendotambién drásticamente las dimensiones del contrapesoócontrapesos necesarios,e incluso eliminándolos por completo enel casode 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 utilizandoCO2 (previamente capturadode las emisionesde centrales eléctricas) comogasde almacenamiento.

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

N.º solicitud: 200900477

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 20.02.2009

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : Ver Hoja Adicional

DOCUMENTOS RELEVANTES

Categoría

Documentos citados Reivindicaciones afectadas

X

GB 466985 A (SERVAN GEORGES CANTACUZENE) 09.06.1937, página 1, líneas 9-23; 1,6,7

página 2, líneas 15-37,55-61,66-77,105-110; figuras 1-4,6,10.

A

2

A

US 4289425 A (OOTSU FUMIO) 15.09.1981, resumen; columna 1, líneas 38-56; columna 2, 1,2

línea 64 – columna 5, línea 28; figuras.

A

US 2008041291 A1 ( HORTON EDWARD E et al.) 21.02.2008, resumen; reivindicaciones; 1,2

figura 1.

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WO 2007066117 A1 (UNIV NOTTINGHAM et al.) 14.06.2007, resumen; páginas 11-15; figuras. 1,2,4,8

A

US 3487484 A (HOLMES JOHN F) 06.01.1970, todo el documento. 2

Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud

El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones □ para las reivindicaciones nº:

Fecha de realización del informe 23.03.2011

Examinador P. Del Castillo Penabad Página 1/4

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 200900477

CLASIFICACIÓN OBJETO DE LA SOLICITUD B65D88/78 (2006.01)

F17C1/00 (2006.01) F03D9/02 (2006.01) Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación)

B65D, F17C, F03D

Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC

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OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 200900477

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 23.03.2011

Declaración

Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)

Reivindicaciones Reivindicaciones 1-8 SI NO

Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)

Reivindicaciones Reivindicaciones 2, 4 1, 3, 5-8 SI NO

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).

Base de la Opinión.-

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

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OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 200900477

1. Documentos considerados.-

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

Documento

Número Publicación o Identificación Fecha Publicación

D01

GB 466985 A (SERVAN GEORGES CANTACUZENE) 09.06.1937
2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

Se considera D01 el documento del estado de la técnica más próximo a la invención. El documento D01 describe un depósito submarino para almacenamiento de un líquido menos denso que el agua con el peso necesario para conseguir que repose sobre el fondo marino. El volumen del depósito es fijo, coexistiendo el líquido con el agua del mar. D01 describe diversas posibilidades de colocación del lastre, por ejemplo en la parte inferior o en toda la superficie curva del cilindro.

La reivindicación 1 carece de actividad inventiva puesto que la utilización de fluidos comprimidos (en sí o como modo de almacenar energía) en forma de depósitos submarinos es conocida en el sector técnico de los depósitos a presión. También es conocida la utilización de contrapesos. D01 divulga un lastre interior no confinado (figura 3) que ante una corriente que separara el depósito de la posición de equilibrio, tendería a desplazarse por la superficie interior del cilindro tendiendo a atenuar el par corrector generado por el desalineamiento de las fuerzas del peso y el empuje.

La diferencia entre D01 y la reivindicación 2 radica en que D01 no tiene contrapesos inferior y superior (separados) ya que D01 solo contempla la posibilidad de repartir el peso en la superficie del cilindro de forma que el par corrector generado al separar el cilindro de la posición de equilibrio sería nulo (ya que las fuerzas del peso y el empuje estarían alineadas). El solicitante no reivindica que tenga que ser mayor el peso inferior (incluso en la descripción menciona que el peso superior y el inferior pueden ser iguales, con lo cual no existiría par corrector) pero se entiende que para que haya estabilidad ha de existir algún tipo de par corrector. Se considera que esta reivindicación implica actividad inventiva puesto que no sería obvio para el experto en la materia separar el peso en dos partes, una en la parte superior del cilindro y otra en la parte inferior, a partir del documento D01.

En cuanto a las reivindicaciones dependientes 3, 5-8 carecen de características técnicas que impliquen actividad inventiva.

Por todo lo anterior las reivindicaciones 1, 3, 5-8 de la solicitud son nuevas pero carecen de actividad inventiva según los artículos 6 y 8 de la Ley 11/86 de Patentes.

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