ES2637007T3 - Sistema y método para almacenar energía - Google Patents

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Abstract

Un sistema (230; 240; 250; 260) para almacenar energía, comprendiendo el sistema (230; 240; 250; 260): al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610); una estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) que tiene un volumen interior que contiene un fluido, estando dispuesto el al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) dentro del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) para moverse con gravedad desde una primera posición de elevación a una segunda posición de elevación dentro del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620), para forzar el fluido a salir de una primera porción del volumen interior de la estructura de pozo ( 2320; 2420; 2520; 2620) por el movimiento de al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) desde la primera posición de elevación a la segunda posición de elevación, estando la primera porción del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) situada en vertical por debajo del al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610); una tubería (2360; 2460; 2560; 2660) acoplada en comunicación de flujo de fluido con la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620), para recibir el fluido forzado fuera de la primera porción del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) cuando el al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) se mueve desde la primera posición de elevación a la segunda posición de elevación dentro del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620); un generador de energía eléctrica (2350; 2450; 2550; 2650) acoplado operativamente con la tubería (2360; 2460; 2560; 2660) para recibir una fuerza motriz procedente del fluido recibido por la tubería (2360; 2460; 2560; 2660) desde la primera porción del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620), para accionar el generador de energía eléctrica (2350; 2450; 2550; 2650) para generar electricidad tras el movimiento de al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) desde la primera posición de elevación a la segunda posición de elevación; y en el que la tubería (2360; 2460; 2560; 2660) se conecta a una segunda porción del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620), estando la segunda porción del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) situada en vertical por encima del al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610); en el que el sistema comprende además: (a) una bomba o turbina hidráulica (2340; 2440; 2540; 2640) acoplada en comunicación de fluido con la tubería (2360; 2460; 2560; 2660) y conectada mecánicamente con el generador de energía eléctrica (2350; 2450; 2550; 2650), para recibir la presión de fluido desde la tubería (2360; 2460; 2560; 2660) y accionar el generador de energía eléctrica (2350; 2450; 2550; 2650) para generar electricidad tras el movimiento de al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) por gravedad desde la primera posición de elevación a la segunda posición de elevación; o (b) una bomba o turbina hidráulica (2340; 2440; 2540; 2640) acoplada en comunicación de fluido con la tubería (2360; 2460; 2560; 2660) y conectada mecánicamente con el generador de energía eléctrica (2350; 2450; 2550; 2650), en el que el generador de energía eléctrica (2350; 2450; 2550; 2650) tiene un modo de motor eléctrico para impulsar la bomba o turbina hidráulica (2340; 2440; 2540; 2640) para forzar el fluido hasta la tubería (2360; 2460; 2560; 2660) y aumentar la presión de fluido en la primera porción del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) en una cantidad suficiente para mover el al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) de la segunda posición de elevación hacia la primera posición de elevación; y en el que la tubería (2360; 2460; 2560; 2660) está acoplada en un extremo a la primera porción de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) y en un segundo extremo a una bomba o turbina hidráulica (2340; 2440; 2540; 2640).

Description

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DESCRIPCION
Sistema y metodo para almacenar ene^a
REFERENCIA CRUZADA A SOLICITUDES DE PATENTE RELACIONADAS CAMPO DE LA INVENCION
Las realizaciones de la presente invencion se refieren a sistemas y metodos para almacenar ene^a. Por ejemplo, se pueden utilizar realizaciones para almacenar la energfa generada durante los penodos "valle" (es decir, los penodos de tiempo durante los cuales las demandas de ene^a son menores con relacion a los penodos "pico") y/o la ene^a generada a partir de fuentes renovables, tal como, pero sin limitacion, el viento. En una realizacion particular, un sistema de almacenamiento de energfa esta configurado para operar en tierra. En otra realizacion particular, un sistema de almacenamiento de energfa esta configurado para funcionar en un cuerpo acuatico, tal como, pero sin limitacion, un oceano.
ANTECEDENTES
El suministro de energfa adecuada para alimentar todas las diversas necesidades de la sociedad es cada vez mas problematico cada ano. Las fuentes convencionales, tal como el carbon, el petroleo y el gas, se
estan volviendo mas caras y mas diffciles de encontrar. Al mismo tiempo, los subproductos de la
combustion producen contaminacion del aire y elevan el dioxido de carbono atmosferico, con graves consecuencias para el medio ambiente global.
Una tecnologfa actualmente capaz de proporcionar almacenamiento de energfa de alta capacidad es el bombeo hidroelectrico. Un ejemplo de esta tecnologfa se muestra en el sistema 10 de la figura 1. 1. Con referencia a la figura 1, el sistema emplea dos grandes depositos de agua 102 y 105 situados a diferentes elevaciones entre sf. El agua 106 es bombeada por la bomba 101 desde el deposito inferior 102 al deposito superior 105 siempre que se disponga de energfa en exceso, y el exceso de energfa (menos cualquier perdida debida a ineficiencias) se almacena en el sistema 10. (El exceso de energfa se genera por la red electrica 108 y alimenta el motor electrico 100 a traves de la subestacion 107). La energfa almacenada en el sistema 10 se libera como se indica a continuacion. El agua 106 es liberada desde el deposito superior 105 a traves de la turbina hidraulica 103 hacia el deposito inferior 102 para producir
energfa mecanica. La energfa mecanica se convierte en energfa electrica por el generador 104 y se
proporciona a la red electrica 108 a traves de la subestacion 107.
Las instalaciones a gran escala de sistemas tales como el sistema 10 pueden proporcionar una potencia de salida maxima de mas de 1000 megavatios (MW) y una capacidad de almacenamiento de miles de megavatios-hora (MW-H). La hidroelectricidad bombeada ha sido una tecnologfa comun de almacenamiento masivo durante decadas, proporcionando capacidad en todo el mundo. Sin embargo, las limitaciones geograficas, geologicas y ambientales asociadas con el diseno de embalses para tales sistemas, ademas de los mayores costes de construccion, han hecho que esta tecnologfa sea mucho menos atractiva para una futura expansion. Por lo tanto, esta tecnologfa puede no proporcionar un metodo practico para proporcionar la amplia aplicabilidad, capacidad, bajo coste y compatibilidad ambiental requerida para soportar las necesidades de una futura expansion, que puede incluir, por ejemplo, una conversion de la infraestructura energetica de fuentes de hidrocarburos a fuentes de energfa renovables.
El documento DE 38 05 917 A1 desvela un sistema para almacenar energfa, caracterizado por un gradiente energetico creado artificialmente.
El documento DE 100 37 678 A1 desvela un metodo y un aparato para realizar el almacenamiento y el retorno de energfa electrica en forma de energfa potencial.
El documento DE 10 2005 051929 A1 desvela un dispositivo para almacenar energfa generada alternativamente y su suministro a peticion.
El documento DE 41 34 440 A1 desvela una planta de generacion de energfa para la alimentacion de electricidad a la red para cubrir las horas punta de consumo de electricidad de cada dfa.
El documento GB 2 438 416 A desvela un dispositivo para almacenar electricidad en una forma mecanica gravitatoria.
El documento US 3 974 394 A desvela un metodo para almacenar energfa eolica, hidroelectrica y geotermica durante los periodos de descenso.
El documento DE 199 54 052 A1 desvela un aparato para la conversion cfclica de energfa potencial en energfa cinetica y energfa cinetica en energfa potencial.
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El documento JP H11 266553 A desvela un dispositivo que acumula eficientemente la ene^a excedente y al mismo tiempo utiliza ene^a natural por la misma instalacion, reemplazando todas las enemas con una energfa potencial una vez para lograr una acumulacion de energfa compleja, y convirtiendo la energfa potencial en una ene^a cinetica segun sea necesario.
El documento FR 1 163 397 A desvela un dispositivo para el desarrollo de fuerzas.
RESUMEN DE LA DIVULGACION
La invencion se define en las reivindicaciones. Las realizaciones de la presente invencion estan dirigidas a sistemas de almacenamiento de energfa que pueden servir como suministros de energfa fiables y distribuibles de carga de base, asf como suministros de produccion intermitentes. En realizaciones particulares, los sistemas pueden aprovechar fuentes de energfa renovables, tales como, pero sin limitacion, las recogidas por paneles solares y turbinas eolicas. De acuerdo con realizaciones de la presente invencion, una fraccion significativa del resultado de dispositivos de energfa solar y/o eolica puede estar dirigida a unidades de almacenamiento de energfa a gran escala, las cuales pueden entonces liberar esa energfa segun sea necesario.
En relacion con tecnologfas tales como hidroelectricidad bombeada, las realizaciones de la presente invencion estan dirigidas a expandir el intervalo de posiciones adecuadas donde se puede llevar a cabo el almacenamiento de energfa. Las caractensticas de las realizaciones de la invencion incluyen: alto potencial de potencia (1000 megavatios o mas); gran capacidad de almacenamiento de energfa (incluyendo, pero sin limitacion, 8 horas o mas a potencia nominal); minimizacion del impacto ambiental adverso; y la proximidad a las lmeas de transmision de energfa o un gran mercado de electricidad, tal como, pero sin limitacion, una ciudad.
En el caso del bombeo hidroelectrico, puede ser diffcil localizar sitios capaces de proporcionar todas o algunas de estas caractensticas. Las realizaciones de la presente invencion estan dirigidas a expandir la gama de sitios de instalacion adecuados para explotar ubicaciones que existen en mayor numero cerca de muchas de las ciudades principales de Estados Unidos y del mundo.
De acuerdo con una realizacion, se define un sistema para almacenar energfa en la reivindicacion 1.
De acuerdo con otra realizacion, se define un metodo para almacenar energfa en la reivindicacion 11.
Estos y otros aspectos se pondran de manifiesto a partir de los siguientes dibujos y la descripcion detallada de las realizaciones ejemplares.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
La figura 1 es un diagrama esquematico generalizado de un sistema de almacenamiento de energfa hidroelectrica de bombeo.
La figura 2 es un diagrama esquematico generalizado de un sistema de almacenamiento de energfa ejemplar no cubierto por la presente invencion.
La figura 3 representa un sistema de almacenamiento de energfa ejemplar no cubierto por la presente invencion.
La figura 4 representa un domo salino.
La figura 5 representa un sistema de almacenamiento de energfa ejemplar no cubierto por la presente invencion.
La figura 6 representa un sistema de almacenamiento de energfa ejemplar no cubierto por la presente invencion.
La figura 7 representa un sistema de almacenamiento de energfa ejemplar no cubierto por la presente invencion.
Las figuras 8A y 8B muestran respectivamente una vista superior y una vista lateral de pesos de almacenamiento ejemplares no cubiertos por la presente invencion.
La figura 9 representa un bastidor de almacenamiento ejemplar no cubierto por la presente invencion.
Las figuras 10A, 10B y 10C ilustran una operacion ejemplar de una mordaza no cubierta por la presente invencion.
Las figuras 11A, 11B y 11C representan un sistema de elevacion de accionamiento por friccion ejemplar no cubierto por la presente invencion.
La figura 12 representa un sistema de almacenamiento de energfa ejemplar no cubierto por la presente invencion. La figura 12A muestra una vista en seccion transversal de una plataforma flotante ejemplar no cubierta por la presente invencion.
La figura 13 representa un sistema de almacenamiento de energfa ejemplar no cubierto por la presente invencion.
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Las figuras 14A y 14B muestran respectivamente una vista superior y una vista lateral de pesos de almacenamiento ejemplares no cubiertos por la presente invencion.
La figura 15 representa un bastidor de almacenamiento ejemplar no cubierto por la presente invencion.
Las figuras 16A, 16B y 16C ilustran una operacion ejemplar de una mordaza ejemplar no cubierta por la presente invencion.
La figura 17 representa un sistema de almacenamiento de energfa ejemplar no cubierto por la presente invencion.
Las figuras 18A y 18B muestran respectivamente una vista superior y una vista lateral de un sistema de almacenamiento de energfa ejemplar no cubierto por la presente invencion.
Las figuras 19A, 19B y 19C ilustran una instalacion de un sistema de almacenamiento de energfa ejemplar no cubierto por la presente invencion.
Las figuras 20A, 20B y 20C ilustran una instalacion de un sistema de almacenamiento de energfa ejemplar no cubierto por la presente invencion.
La figura 21 es un diagrama esquematico generalizado de un sistema de almacenamiento de energfa ejemplar no cubierto por la presente invencion.
La figura 22 es un diagrama esquematico generalizado de un sistema de almacenamiento de energfa ejemplar no cubierto por la presente invencion.
Las figuras 23A y 23B ilustran una operacion de un sistema de almacenamiento de energfa de
acuerdo con una realizacion. La figura 24 representa un
sistema de almacenamiento de energfa de acuerdo con una
realizacion. La figura 25
representa un sistema de almacenamiento de energfa de acuerdo con una
realizacion. La figura 26
representa un sistema de almacenamiento de energfa de acuerdo con una
realizacion. La figura 27
representa un sistema de almacenamiento de energfa de acuerdo con una
realizacion. La figura 28
representa un sistema de almacenamiento de energfa de acuerdo con una
realizacion. La figura 29 ilustra un metodo
para almacenar energfa de acuerdo con una realizacion.
DESCRIPCION DETALLADA
La invencion se define en las reivindicaciones. La siguiente descripcion detallada es del mejor modo actualmente contemplado de implementar realizaciones de la invencion. Esta descripcion no debe tomarse en un sentido limitativo, sino que se hace meramente con el proposito de ilustrar principios generales de realizaciones de la invencion.
Las realizaciones de la presente invencion se refieren a sistemas y a metodos para almacenar energfa que se pueden usar, por ejemplo, para almacenar energfa generada durante los penodos "valle" (es decir, penodos de tiempo durante los cuales las demandas de energfa son menos pesadas con respecto a periodos "pico") y/o energfa generada a partir de fuentes renovables, tales como el viento y el sol. En realizaciones particulares, los metodos y sistemas para el almacenamiento de energfa se configuran para su funcionamiento en tierra. En otras realizaciones particulares, los metodos y sistemas para almacenar energfa estan configurados para funcionar en un medio acuatico, tal como, pero sin limitacion, en el oceano.
De acuerdo con una realizacion, se considera que la demanda de energfa del periodo "pico" es aproximadamente un 50 % mas alta que la demanda de energfa del penodo valle. De acuerdo con otras realizaciones, la demanda de energfa del periodo "pico" se puede definir a otros niveles adecuados, incluyendo, pero sin limitacion, aproximadamente un 100 % o un 200 % mas alta que la demanda de energfa del penodo valle.
Un aspecto de la invencion implica almacenar energfa valle y/o energfa renovable para su uso durante los periodos pico. Como tal, de acuerdo con realizaciones de la invencion, los sistemas de almacenamiento de energfa pueden servir como suministros de energfa de carga de base fiables, distribuibles, asf como suministros de produccion intermitentes. De acuerdo con realizaciones particulares de la presente divulgacion, una parte significativa de la salida de fuentes solares y/o eolicas se dirige a sistemas de almacenamiento de energfa, que pueden liberar entonces dicha energfa, por ejemplo, segun sea necesario.
Un diagrama generalizado de un sistema 20 de acuerdo con un ejemplo no cubierto por la presente divulgacion se muestra en la figura 2. Los ejemplos del sistema 20 se describen en el presente documento con referencia a aplicaciones basadas en tierra y agua. Con referencia a la figura 2, un peso de almacenamiento 202 esta suspendido por un enlace 205 para su movimiento a lo largo de una trayectoria generalmente vertical. En ejemplos particulares, la trayectoria es sustancialmente vertical (es decir,
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paralela a la direccion de la fuerza gravitatoria). En otros ejemplos, la trayectoria puede ser en angulo, con una componente vertical - por ejemplo, la trayectoria forma un angulo hacia abajo. En ejemplos particulares, la trayectoria puede tener una longitud vertical adecuada tal como, pero sin limitacion, una longitud de aproximadamente 1000 metros o mas. En un ejemplo particular, la longitud vertical de la trayectoria es de aproximadamente 6000 metros. De acuerdo con un ejemplo, el peso 202 esta construido de un material denso tal como, pero sin limitacion, hormigon, hormigon armado y/o acero. De acuerdo con ejemplos particulares, la masa del peso 202 es de al menos aproximadamente 100 toneladas, o es de al menos aproximadamente 1.000 toneladas. Para reducir costes, el material denso puede ser un material de coste relativamente bajo. De acuerdo con ejemplos particulares, el enlace 205 puede ser cualquier estructura de conexion adecuada tal como, pero sin limitacion, a un cable, un alambre, una cuerda, una correa o una cadena.
Un operador 201 esta acoplado con el enlace 205. El operador 201 opera el enlace 205 para mover el peso 202 contra la gravedad, como se describira con mas detalle a continuacion. De acuerdo con una realizacion, el operador 201 es un polipasto. El polipasto 201 puede acoplarse con un motor 200 para accionar el polipasto 201. En algunos ejemplos, el motor 200 esta acoplado con (o puede funcionar como) el generador. El motor y/o generador 200 puede acoplarse con la subestacion 203.
La subestacion 203 es para convertir potencia desde una fuente de "transmision" a una diana de "distribucion". Con mas detalle, la subestacion 203 puede incluir transformadores que escalonen tensiones de transmision (por ejemplo, en el intervalo de decenas o cientos de miles de voltios) hasta tensiones de distribucion, que, por ejemplo, pueden ser inferiores a 10.000 voltios. La subestacion 203 puede tener un bus que puede dividir la potencia de distribucion en multiples direcciones. La subestacion 203 puede tener tambien disyuntores y conmutadores de tal forma que la subestacion 203 pueda ser desconectada de fuentes de transmision y/o dianas de distribucion, si se desea.
La subestacion 203 esta acoplada con un transmisor de energfa electrica, tal como, pero sin limitacion, una red electrica 204. La red electrica 204 puede servir como fuente de energfa para el sistema 20. En otros ejemplos, la fuente de energfa puede ser uno o mas dispositivos para capturar energfa renovable tal como, pero sin limitacion, un aerogenerador o un panel solar. La red electrica 204 tambien puede recibir potencia liberada por el sistema 20 y llevar esa potencia a un objetivo.
Con referencia continua a la figura 2, durante el funcionamiento, la fuente es proporcionada por la fuente, por ejemplo, la red electrica 204. En ejemplos en los que la potencia es proporcionada por una fuente industrial tal como la red electrica, la energfa se transforma por la subestacion 203 para un uso adecuado por el motor 200. El motor 200 impulsa el polipasto 201 para elevar el peso de almacenamiento 202 desde una primera elevacion (un lugar mas alejado del polipasto 201) hasta una segunda elevacion (un lugar mas proximo al polipasto 201). Como tal, la energfa potencial gravitatoria del peso de almacenamiento 202 aumenta, y el aumento de energfa se almacena en el sistema (por ejemplo, manteniendo la energfa potencial gravitatoria del peso de almacenamiento 202).
La energfa almacenada se libera cuando se baja el peso de almacenamiento 202. El descenso del peso de almacenamiento hace girar el tambor del polipasto 201, que acciona eficazmente el motor/generador 200 para producir energfa electrica. La energfa electrica esta condicionada por la subestacion 203 para su transmision por la red electrica 204.
Como tal, la energfa que se genera durante los penodos valle (por ejemplo, penodos de los dfas en que la energfa tiene una demanda relativamente baja) se puede almacenar en el sistema 20 para un uso posterior (por ejemplo, penodos pico del dfa durante los cuales la energfa tiene una demanda relativamente alta). Por ejemplo, tal energfa valle puede usarse para elevar el peso de almacenamiento 202 a la segunda elevacion durante los periodos valle. Como tal, la energfa valle (o una parte significativa de la energfa valle) se almacena en el sistema 20. La energfa almacenada puede liberarse durante los penodos pico liberando el peso 202 de tal manera que caiga de nuevo a la primera elevacion, produciendo de este modo energfa para su uso durante los periodos pico.
El sistema 20 es configurable para almacenar una cantidad deseada (o cantidades deseadas) de energfa. Por ejemplo, se puede almacenar una cierta cantidad de energfa en dicho sistema, si la masa del peso 202 y/o la longitud vertical de la trayectoria (es decir, la trayectoria a lo largo de la cual se baja y se levanta el peso 202) se configuran en consecuencia. Por ejemplo, en el caso de un peso de hormigon, debido a que el hormigon tiene una densidad de aproximadamente 2500 kilogramos (kg) por metro cubico, tal peso proporciona una fuerza descendente de aproximadamente 24.525 Newtons (N) por metro cubico. La energfa (trabajo) liberada al bajar un metro cubico de hormigon a traves de 1000 metros de elevacion puede calcularse como:
W = Fuerza x distancia = 24.525 N x 1.000 m = 24.525 megajulios = ~4,8 kilovatios-hora
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De acuerdo con un ejemplo, el peso 202 se baja (o se eleva) a una velocidad generalmente constante, de modo que la ene^a se libera (o se almacena) a una velocidad correspondientemente constante. De acuerdo con otros ejemplos, el peso 202 se baja (o se eleva) a dos o mas velocidades diferentes - por ejemplo, a una velocidad durante 500 metros iniciales y a otra velocidad durante el resto de la trayectoria - de tal manera que se libera (o se almacena) la energfa a dos velocidades correspondientes. Por ejemplo, durante una porcion inicial de la trayectoria, el peso se puede bajar a cierta velocidad y, a continuacion, durante una segunda porcion de la trayectoria que sigue a la porcion inicial, el peso se reduce a la mitad de la velocidad de la parte inicial. Como tal, durante la segunda porcion, la energfa se produce a una velocidad aproximadamente la mitad de la velocidad a la que se produce la energfa durante la parte inicial. Esto puede corresponder a una mayor demanda de energfa durante el tiempo de la porcion inicial con respecto a la demanda de energfa durante el tiempo de la segunda porcion. De acuerdo todavfa otros ejemplos, el descenso (o elevacion) del peso 202 se acelera o se desacelera de modo que la velocidad a la que se libera (o almacena) la energfa se acelera o se desacelera correspondientemente.
De acuerdo con un ejemplo, la eficiencia de almacenamiento (es decir, la relacion de la potencia que se genera por el sistema 20 con respecto a la potencia que se almacena en el sistema 20) se mejora al bajar el peso 202 a velocidades relativamente modestas para minimizar (al menos reducir) las perdidas de arrastre a medida que se baja el peso 202.
Una vista lateral de un ejemplo de un sistema 30 que esta instalado en tierra se muestra en la figura 3. Con referencia a la figura 3, una central electrica 305 esta soportada sobre la superficie de tierra 306. La central electrica 305 puede estar situada directamente sobre la superficie de tierra 306. En otros ejemplos, la central electrica 306 puede estar situada por encima de la superficie de la superficie, por ejemplo, sobre una plataforma de tal manera que la central electrica descanse sobre la superficie de la tierra. La central electrica 305 puede acoplarse con dispositivos/sistemas tales como la subestacion 203 y la red electrica 204 de la figura 2.
La central electrica 305 incluye un polipasto 301. El polipasto 301 esta acoplado con un cable de polipasto 302 que puede ser enrollarse alrededor del tambor del polipasto 301. Un peso 303 se suspende por el cable de polipasto 302. En otros ejemplos, puede utilizarse una correa o cadena en lugar de un cable para suspender el peso 303. El peso se suspende de tal forma que pueda bajarse y elevarse dentro del pozo 304. Como se describira con mas detalle a continuacion, el pozo 304 puede estar formado en una ubicacion tal como, pero sin limitacion, un domo salino. De acuerdo con un ejemplo, la orientacion del pozo 304 es generalmente vertical (es decir, paralela a la direccion de la fuerza de gravitatoria). De acuerdo con otros ejemplos, la orientacion del pozo puede estar inclinada con una componente vertical que corresponde al angulo. De acuerdo con otro ejemplo, la profundidad del pozo 304 esta entre aproximadamente 1000 y 6000 metros.
Similar al sistema de la figura 2, el polipasto 301 puede acoplarse a un motor/generador para producir energfa electrica para la transmision a una rejilla (por ejemplo, la red electrica 204 de la figura 2) a traves de lmeas de transmision. De acuerdo con otro ejemplo, una caja de engranajes esta acoplada entre el polipasto 301 y el motor/generador para multiplicar la velocidad de rotacion motor/generador. De acuerdo con otro ejemplo, un sistema de acondicionamiento de potencia (por ejemplo, la subestacion de potencia 203 de la figura 2) esta acoplado entre el motor/generador y la rejilla para convertir la salida del generador a una forma apropiada (o adecuada) para la transmision a la red y/o para convertir la energfa electrica de la red de la forma adecuada para accionar el motor.
Con referencia a la figura 3, se almacena energfa en el sistema 30 cuando se acciona el polipasto 301 (por ejemplo, utilizando electricidad de una red electrica que alimenta el motor/generador) para elevar el peso de almacenamiento 303 contra la gravedad a una primera elevacion. La energfa almacenada en el sistema 30 se libera cuando se permite que el peso de almacenamiento 303 se libere de manera que se mueva con la gravedad. Debido a que el peso 303 continua acoplado con el polipasto 301 a traves del cable de polipasto 302, el polipasto 301 se gira cuando el peso 303 se desplaza hacia abajo por el pozo 304. El movimiento del peso 303 hace girar el polipasto 301, generando de este modo potencia, como se ha descrito previamente.
Como se ha descrito anteriormente con referencia a la figura 2, se puede bajar (o elevar) un peso de un sistema a dos o mas velocidades diferentes. Con referencia a la figura 3, en un ejemplo, la velocidad a la que se eleva el peso 303 mediante el polipasto 301 se controla electronicamente. Por ejemplo, de acuerdo con un ejemplo, un motor/generador para accionar el polipasto 301 es controlado por un circuito de control acoplado con el motor/generador para controlar la velocidad a la que el cable de polipasto 302 es arrastrado por el polipasto 301. De acuerdo con otro ejemplo, tal circuito de control puede estar acoplado con el polipasto 301 para controlar dicha velocidad.
Con referencia continua a la figura 3, en un ejemplo, una velocidad a la que se baja el peso 303 por el polipasto 301 se controla configurando una frecuencia de funcionamiento de un generador (por ejemplo, el generador 200 de la figura 2) acoplado con el polipasto. La configuracion de la frecuencia de
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funcionamiento para que sea de un cierto valor ajusta de forma correspondiente la velocidad a la que se baja el peso 303. Como alternativa, si dicho generador es smcrono con una red electrica (por ejemplo, la red electrica 204 de la figura 2), la relacion de transmision de una caja de engranajes puede configurarse para controlar la velocidad a la que se baja el peso 303. Por ejemplo, de acuerdo con un ejemplo, se puede acoplar una caja de engranajes entre el polipasto 301 y el generador (vease, por ejemplo, la figura 21). La configuracion de la relacion del engranaje de tal caja de engranajes para que sea de un cierto valor determina correspondientemente la velocidad a la que se baja el peso 303.
Con referencia continua a la figura 3, en un ejemplo alternativo, una velocidad a la cual el peso 303 se baja por el polipasto 301 es controlada por o usando una estructura mecanica. Por ejemplo, de acuerdo con un ejemplo, se proporciona una estructura de amortiguacion (que proporciona, por ejemplo, uno o mas niveles de amortiguacion) para controlar la velocidad a la cual el cable de polipasto 302 se extrae del polipasto 301. Tal estructura de amortiguacion puede incluir, pero sin limitacion, una abrazadera ajustable configurable para aumentar la resistencia de rotacion del tambor del polipasto 301. De acuerdo con otro ejemplo, el polipasto 301 incluye una estructura para ajustar tal resistencia (tal como, pero sin limitacion, un tornillo que puede apretarse o aflojarse). La estructura de amortiguacion descrita anteriormente puede ser operable manualmente (por ejemplo, desde un lugar accesible a un operador humano) o por un dispositivo controlable electronicamente tal como un accionador.
Los costes de construccion asociados con el sistema 30 pueden reducirse, por ejemplo, reduciendo el coste de construccion del pozo generalmente vertical (por ejemplo, el pozo 304 de la figura 3). Los costes asociados con la construccion del pozo pueden depender de la disponibilidad de estratos subsuperficiales a traves de los cuales tal pozo puede perforarse mas facilmente.
De acuerdo con un ejemplo, el pozo esta construido en un sitio que tiene un deposito adecuadamente grande de un material relativamente blando, por ejemplo, un mineral blando. De acuerdo con un ejemplo particular, el pozo esta construido en un domo salino. Los domos salinos son depositos de sal que, por ejemplo, pueden tener un diametro en seccion transversal de diez kilometros y una profundidad de seis kilometros (o mas). Pueden consistir principalmente en cloruro sodico cristalizado (es decir, sal de roca), que es un mineral muy blando.
Con referencia a la figura 4, se muestra una vista en seccion transversal de un sitio que tiene un domo salino 400. El domo salino puede estar situado adyacente a multiples capas de estratos subsuperficiales. Las capas de estratos subsuperficiales pueden ser de un material diferente que tenga un nivel de dureza diferente del de la sal de roca.
De acuerdo con un ejemplo, un ejemplo de una cupula salina adecuada es aquel en el que las cavernas se crean comunmente usando minena de soluciones. Tal domo salino se utiliza comunmente para almacenar gas natural o productos derivados del petroleo (por ejemplo, las cavernas 421, 422, 423, 424 de la figura 4).
Con referencia a la figura 5, se muestra un sistema de almacenamiento de acuerdo con un ejemplo. La central electrica 305 esta instalada en (o cerca de) la parte superior del pozo 304 y un peso de almacenamiento 302 esta suspendido para su movimiento a lo largo de la dimension vertical del pozo. Las porciones del pozo pueden estar rodeadas por la sobrecarga 500 y el caparazon 501. Una parte primaria del pozo puede estar rodeada por el domo salino 502. Tal pozo puede construirse, por ejemplo, utilizando una maquina perforadora de pozos, con cortes llevados a la superficie por lodo de perforacion. De acuerdo con un ejemplo, al menos porciones del pozo estan revestidas con un material de refuerzo tal como, pero sin limitacion, hormigon, acero o un material similar para minimizar la probabilidad de colapso o intrusion en el suelo.
En las ubicaciones de algunos domos salinos, la gran profundidad del pozo alcanzable y la facilidad de construccion del pozo proporcionan el potencial para una gran capacidad de almacenamiento por pozo construido. Por ejemplo, un pozo que tenga un diametro en seccion transversal de 10 metros y una profundidad de 6 kilometros proporcionana suficiente espacio para una masa de almacenamiento de concreto de mas de 100.000 toneladas, proporcionando asf una capacidad de almacenamiento del orden de tres gigavatios-hora.
Debido al diametro de seccion transversal relativamente grande de algunos domos salinos, los domos salinos pueden alojar dos o mas sistemas (por ejemplo, el sistema 30). Con referencia a la figura 6, se muestra un domo salino 600 que aloja multiples pozos 304, correspondiendo cada pozo a una central electrica 305. (Los pozos adyacentes (o vecinos) y las centrales electricas estan separados entre sf una distancia adecuada). Por ejemplo, un domo salino con un diametro de seccion transversal de 2 kilometros tiene un area en seccion transversal de aproximadamente 3 kilometros cuadrados. Si la "huella" de cada central electrica 305 (que puede proporcionar un acceso suficiente a la central electrica) ocupa aproximadamente 250 metros cuadrados, el domo salino puede alojar un total de 12.000 emparejamientos de central electrica/pozo. Si cada uno de estos emparejamientos proporciona 25 megavatios de potencia
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durante ocho horas, o 200 megavatios-hora, la capacidad total del sitio sera de 300 gigavatios durante 8 horas, o 2.400 gigavatios-hora.
De acuerdo con un ejemplo, un sistema esta configurado para bajar y elevar dos o mas pesos. Por ejemplo, los pesos se bajan o se elevan individualmente (por ejemplo, uno a la vez) por un conjunto de polipasto. Con referencia a la figura 7, en el sistema se manipula un grupo de pesos de almacenamiento 704a, 704b, 704c, 704d, 704e, 704f y 704g. Los pesos individuales pueden acoplarse al conjunto de polipasto 701 a traves del cable de polipasto 703. De acuerdo con un ejemplo, los pesos son generalmente iguales en masa entre sf y generalmente similares en tamano y forma. De acuerdo con otro ejemplo, los pesos tienen diferentes masas relativas entre sf y/o tienen tamanos y formas diferentes. Como se ha explicado anteriormente, las masas de los pesos se pueden elegir para proporcionar la cantidad de energfa que se genera (o se almacena) cuando el peso se baja (o aumenta) desde (o hacia) la elevacion mas alta.
En la elevacion mas alta, los pesos 704b-704g estan soportados por un bastidor 702 situado en (o cerca de) la parte superior del pozo 704. Un ejemplo de un bastidor 702 se describira con mas detalle a continuacion con referencia a la figura 9. En la elevacion inferior, los pesos pueden descansar uno sobre otro y/o una base (por ejemplo, la base 806 de la figura 8B) situada en (o cerca de) el fondo del pozo 704.
Con referencia a la figura 8A, se muestra una vista superior del peso de almacenamiento 804a de acuerdo con un ejemplo. De acuerdo con un ejemplo, el peso de almacenamiento 804a tiene una seccion transversal circular. De acuerdo con otros ejemplos, el peso de almacenamiento tiene una seccion transversal ovalada, cuadrada o rectangular. El peso 804a puede tener un receptaculo 805 para interconectar con el cable de polipasto (por ejemplo, el cable de polipasto 703 de la figura 7) para facilitar la elevacion y descenso del peso 804a a lo largo del pozo. De acuerdo con un ejemplo, el peso esta construido de hormigon, hormigon armado u otro material adecuadamente denso. De acuerdo con un ejemplo, el receptaculo de agarre 805 esta formado de un material duradero tal como, pero sin limitacion, acero.
Con referencia a la figura 8B, se muestra una vista en seccion transversal de una pila de pesos de almacenamiento en la configuracion bajada de acuerdo con un ejemplo. El peso 804c esta posicionado para descansar directamente sobre la base 806. Los pesos 804b y 804a estan situados para descansar, respectivamente, sobre el peso 804c y 804b.
Como se ha descrito anteriormente, en la elevacion mas alta, los pesos pueden estar soportados por un bastidor de almacenamiento situado en la parte superior del pozo. Con referencia a la figura 9, se muestra una vista en seccion transversal de un bastidor de almacenamiento 900 de acuerdo con un ejemplo. El bastidor de almacenamiento tiene un armazon 901 que esta dimensionado para posicionarse dentro de un pozo (por ejemplo, el pozo 704 de la figura 7). El armazon puede incluir, por ejemplo, una estructura cilmdrica en forma de tubo u otra estructura adecuada que forma una o mas paredes alrededor de la periferia del pozo (por ejemplo, el pozo 704), al menos a lo largo de una porcion de la longitud del pozo.
De acuerdo con un ejemplo, el bastidor 901 esta configurado para proporcionar una o mas paredes adyacentes a bordes opuestos de cada uno de los pesos. De acuerdo con un ejemplo, el armazon 901 incluye unos cierres 902 (por ejemplo, los cierres 902a y 902b) que incluyen elementos salientes retractiles que son controlables para extenderse desde y retraerse dentro del armazon 901. Los cierres 902a y 902b son configurables para mantener los pesos en su sitio, segun se desee. Los cierres 902a se muestran en un estado extendido para soportar los pesos de almacenamiento 904a y 904b. De acuerdo con un ejemplo, en el estado extendido, los cierres estan configurados para acoplarse selectivamente a una o mas superficies extremas tales como, pero sin limitacion, superficies inferiores de los pesos. De acuerdo con otro ejemplo, los cierres estan configurados para acoplarse selectivamente y extenderse en uno o mas rebajes (tales como, pero sin limitacion, los cierres) en los pesos. Los cierres 902b se muestran en un estado retrafdo. Sin embargo, los cierres 902b son extensibles para recibir un peso siguiente que se eleva a la elevacion mas alta. De acuerdo con un ejemplo, en el estado retrafdo, los cierres estan configurados para retraerse hasta posiciones que desacoplan los cierres de los pesos, tales como, pero sin limitacion, posiciones dentro de rebajes (tales como, pero sin limitacion, muescas) en el armazon 901.
Como se ha descrito previamente, los cierres son controlables para extenderse desde y retraerse en el armazon. De acuerdo con un ejemplo, los cierres tienen accionadores que son controlables para extender y retraer selectivamente los cierres. En un ejemplo adicional, los accionadores se pueden controlar manualmente, por ejemplo, a traves de palancas o conmutadores que pueden ser accionados manualmente desde un lugar accesible para un operador humano.
De acuerdo con otro ejemplo adicional, los accionadores son controlables electronicamente. Los actuadores estan en comunicacion con circuitos electronicos a traves, por ejemplo, de uno o mas enlaces conductores o inalambricos. Los ejemplos de enlaces electricamente conductores incluyen, pero sin limitacion, alambres o cables electricos. El control de los accionadores por la circuitena electronica puede
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basarse en hardware y/o software. Por ejemplo, los dispositivos sensores que detectan la presencia de un peso en una cierta posicion pueden provocar que el accionador extienda el cierre o cierres correspondientes desde la posicion retrafda (vease, por ejemplo, el cierre 902b de la figura 9) hasta la posicion extendida (vease, por ejemplo, el cierre 902a de la figura 9). Como otro ejemplo, una rutina de software que detecta la demanda de potencia adicional en un momento determinado puede hacer que el accionador retraiga el cierre o cierres correspondientes desde la posicion extendida hasta la posicion retrafda de tal manera que el peso bloqueado se libere del bastidor.
Se pueden proporcionar otras rutinas de control para controlar la sincronizacion de las operaciones de extension o retraccion de cierre (para retener o liberar selectivamente pesos) mediante un hardware y/o software adecuados y una electronica de procesamiento adecuada para procesar las rutinas y proporcionar senales de control a los accionadores de cierre. Dichas rutinas de control pueden basarse, al menos en parte, en la deteccion de la presencia de un peso o la deteccion de una demanda de potencia adicional (por ejemplo, una demanda que exceda un valor umbral especificado) y/o otros factores incluyendo, pero sin limitacion, horas preestablecidas del dfa, fechas, condiciones ambientales o entrada manual.
Aunque la realizacion de la figura 9 muestra cierres en una o mas paredes del armazon 901 y rebajes o superficies de agarre sobre los pesos 904a-b, en otros ejemplos, los cierres retractiles/sobresalientes pueden estar situados sobre los pesos, y los receptaculos se pueden colocar en el armazon o el bastidor. En otros ejemplos mas, los cierres pueden ser elementos pivotantes, como se describira con mas detalle a continuacion con respecto a la figura 15.
De acuerdo con un ejemplo, para almacenar (o liberar) energfa, el conjunto de polipasto 701 eleva (o desciende) los pesos de almacenamiento, uno a la vez, para posicionar los pesos en la parte superior (o la parte inferior) del pozo. Con referencia a las figuras 10A, 10B y 10C, se describe con mas detalle un ejemplo de una interfaz de agarre. La mordaza 1000 esta situada en el extremo del cable de polipasto movil 1010. La mordaza tiene un cuerpo central 1000a y uno o mas elementos sobresalientes 1000b. La mordaza puede tener tambien un canal interior a traves del cual puede extenderse un conector, tal como, pero sin limitacion, un cable o alambre. En una realizacion, los elementos sobresalientes 1000b estan acoplados de forma pivotante al cuerpo central 1000a. En un ejemplo adicional, los elementos sobresalientes son pivotantes entre una primera posicion (un estado abierto) en la que una porcion del elemento se extiende lateralmente mas alla de la anchura del cuerpo central y una segunda posicion (un estado cerrado) en la que el miembro esta alineado en (o dentro de) los bordes del cuerpo central.
La mordaza 1000 es controlable para colocarse en el estado cerrado o en el estado abierto. De acuerdo con un ejemplo, la mordaza se controla para alternar entre estos dos estados de una manera similar a la manera en la que se controlan los cierres 902 de la figura 9, como se describe con referencia a la figura 9. Por ejemplo, los elementos sobresalientes 1000b pueden tener accionadores que son controlables para girar selectivamente los elementos sobresalientes. En un ejemplo adicional, los accionadores son controlables manualmente, por ejemplo, mediante palancas o un conmutador que es capaz de accionarse manualmente.
De acuerdo con otros ejemplos, los accionadores son electronicamente controlables. Los accionadores estan en comunicacion con circuitos electronicos a traves, por ejemplo, de uno o mas enlaces conductores o inalambricos. Los ejemplos de enlaces electricamente conductores incluyen, pero sin limitacion, alambres o cables electricos. El control de los accionadores por la circuitena electronica puede basarse en hardware y/o software. Por ejemplo, los dispositivos sensores que detectan la presencia de un peso alrededor del cuerpo central 1000a pueden activar el accionador para girar el elemento sobresaliente desde la posicion cerrada (vease, por ejemplo, la figura 10A) hasta la posicion abierta (vease, por ejemplo, la figura 10B). Como otro ejemplo, una rutina de software que detecta la demanda de potencia adicional en un momento determinado y la presencia de un peso alrededor del cuerpo central 1000a puede activar el accionador para hacer pivotar el elemento sobresaliente desde la posicion cerrada hasta la posicion de la pluma de tal forma que el peso puede bajarse. De acuerdo con un ejemplo, el control del elemento sobresaliente de la mordaza se coordina con el control de los cierres (por ejemplo, los cierres 902 de la figura 9) que bloquean la posicion de los pesos, por ejemplo, de tal forma que la mordaza esta configurada para estar en la posicion abierta antes de que los cierres que se acoplan a un cierto peso se retraigan para liberar el peso.
Como se ha descrito previamente con referencia a los cierres 902 de la figura 9, pueden proporcionarse otras rutinas de control para controlar el momento de apertura y cierre de la mordaza (para retener o liberar selectivamente los pesos) mediante un hardware y/o software adecuados y una electronica de procesamiento adecuada para procesar las rutinas y proporcionar senales de control a accionadores de agarre.
Un enlace grna 1020 se extiende a traves de un canal en la mordaza 1000 y al menos una porcion del cable de polipasto 1010. El enlace grna 1020 puede incluir, pero sin limitacion, un cable grna, un alambre
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gma o un tubo gma. La posicion del enlace gma 1020 se puede fijar de forma estable, por ejemplo, asegurando un extremo del enlace gma a un elemento fijo (por ejemplo, la base 1040 de la figura l0A). Para facilitar la descripcion, el enlace gma 1020 se denominara cable de gma.
Con referencia a la figura 10A, se muestra el acoplamiento de la mordaza con un peso 1030 que se va a elevar. En la figura 10A, la mordaza 1000 esta en su estado cerrado, y el peso 1030 descansa sobre la base 1040. Guiada por el cable de gma 1020, la mordaza cerrada 1000 y el cable de polipasto 1010 pueden bajarse mas alla del receptaculo de agarre 1031 del peso de almacenamiento 1030. Debido a que la mordaza 1000 esta en su estado cerrado, puede extenderse mas alla del receptaculo de agarre 1031 y hacia el canal 1032 del peso 1030.
Con referencia a la figura 10B, la mordaza 1000 se muestra en su estado abierto. En este estado, las protuberancias 1001 se extienden desde el cuerpo de la mordaza 1000. Las protuberancias 1001 estan configuradas para acoplarse al receptaculo de agarre 1031 del peso 1030. Como tal, cuando la mordaza abierta 1000 y el cable de polipasto 1010 se elevan a lo largo del canal 1032, la protuberancias 1001 se acoplan al receptaculo de agarre 1031, y el peso 1030 es capaz de levantarse por el cable de polipasto 1010 (vease, por ejemplo, la figura 10C). La elevacion del peso es guiada por el cable de gma 1020. El cable de gma 1020 asegura que los pesos de almacenamiento esten adecuadamente alineados con la base 1040 (durante la bajada de los pesos de almacenamiento) y tambien dirige la elevacion de los pesos al bastidor de almacenamiento (por ejemplo, el bastidor 900 de la figura 9). Por ejemplo, el cable de gma 1020 puede permitir que la mordaza 1000 se vuelva a acoplar rapidamente en el peso de almacenamiento 1030 cuando se desea que el peso de almacenamiento 1030 sea elevado y devuelto al bastidor (por ejemplo, el bastidor 900 de la figura 9).
Como tal, el bastidor 1000 puede usarse para elevar individualmente pesos a lo largo del pozo. De manera similar, la mordaza puede acoplar individualmente los pesos (por ejemplo, a traves del receptaculo de agarre 1001) de tal manera que los pesos se pueden bajar individualmente a lo largo del pozo. Por ejemplo, en la elevacion mas elevada, la mordaza cerrada se baja mas alla de un receptaculo de agarre de un peso seleccionado y se coloca en el estado abierto para acoplar el receptaculo de agarre. Cuando el peso se libera del bastidor (por ejemplo, los cierres que soportan el peso se retraen dentro del bastidor), la bajada del cable de polipasto y la mordaza disminuira el peso a lo largo del pozo. Cuando el peso alcanza el fondo del pozo, la mordaza 1000 se pone en su estado cerrado para desacoplarse del peso. El cable de polipasto 1010 y la mordaza 1000 pueden entonces elevarse para recuperar otro peso.
La distribucion de la masa de un peso sobre multiples pesos puede reducir la tension ejercida sobre dispositivos tales como el polipasto y el cable del polipasto. Pesos de poco mas de 100 toneladas cada uno, cuando se baja a una velocidad de 10 metros por segundo, pueden proporcionar 10 megavatios de potencia de salida. El uso de mas de un sistema (por ejemplo, el sistema descrito con referencia a la figura 7) en cooperacion (o tandem) entre sf puede ayudar a proporcionar un nivel mas uniforme de potencia de salida o un nivel mas uniforme de disponibilidad de almacenamiento con respecto al tiempo.
De acuerdo con un ejemplo, se emplea un sistema de polipasto de accionamiento por friccion 110 para elevar y descender los pesos en un sistema que emplea pesos multiples. Con referencia a la figura 11A, la polea de polipasto 1101 esta operativamente acoplada con las poleas de polipasto 1102 y 1103. La polea 1108 tambien esta acoplada operativamente con las poleas de polipasto 1102 y 1103. Las poleas de polipasto 1102 y 1103 son operativas para elevar y bajar un respectivo conjunto de pesos a lo largo de las pistas 1104 y 1105. Para elevar los pesos, una o mas de las poleas pueden estar acopladas operativamente a una fuente de accionamiento (tal como, pero sin limitacion, un motor) para recibir una fuerza motriz para elevar el peso. Por ejemplo, la polea de polipasto 1101 puede estar operativamente acoplada con dicha fuente de accionamiento. Con referencia a la figura 11B, los tambores de las poleas de polipasto 1102 y 1103 giran en direcciones opuestas para elevar las mordazas 1106 y 1107. De acuerdo con una realizacion, el sistema de polipasto 110 usa mordazas, por ejemplo (pero sin limitacion) mordazas similares a la mordaza 1000, que se describio con referencia a las figuras 10A, 10B y 10C. Por ejemplo, cuando la mordaza 1106 se acopla con un peso para bajar el peso desde la parte superior del pozo hasta el fondo del pozo, el tambor de la polea de polipasto 1103 se hace girar en el sentido de las agujas del reloj. Al mismo tiempo, se hace girar el tambor de la polea de polipasto 1102 en sentido contrario a las agujas del reloj, elevando de este modo la mordaza 1107 hacia la parte superior del pozo.
La manipulacion de dos mordazas 1106 y 1107 por un unico bucle de cable 1109 puede hacer que el sistema de polipasto 110 sea mas eficiente. Por ejemplo, cuando una mordaza (por ejemplo, la mordaza 1106) lleva un peso desde la parte superior del pozo hasta el fondo, la otra mordaza (por ejemplo, la mordaza 1107) subira, vacfa, desde el fondo del pozo hasta la parte superior. La primera mordaza libera su peso (por ejemplo, sobre la base 1110), y la segunda mordaza acopla un peso y lo transporta hasta el fondo del pozo, y asf sucesivamente. Aunque solo se muestran cuatro pesos en la figura 11A, otros ejemplos del sistema pueden alojar menos o mas de cuatro pesos. Con referencia a la figura 11C, se muestra una vista en seccion transversal del pozo. Dos pesos 1109 estan situados para un movimiento a lo largo de su respectiva pista 1104 y 1105.
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De acuerdo con ciertos ejemplos, los sistemas similares a los descritos anteriormente (por ejemplo, el sistema 20 de la figura 2) estan configurados para su uso en un entorno acuatico, tal como, pero sin limitacion, una gran masa de agua, por ejemplo, un oceano, mar, lago profundo o similares.
Con referencia a la figura 12, se muestra una vista lateral de un sistema basado en el mar 120 de acuerdo con un ejemplo. El sistema incluye una plataforma flotante 1210. De acuerdo con una realizacion ejemplar, la plataforma 1210 esta formada por uno o mas elementos de flotacion cilmdricos (veanse, por ejemplo, los elementos 1211 de la vista en seccion transversal de la figura 12A). De acuerdo con un ejemplo adicional, los elementos cilmdricos 1211 son generalmente recipientes huecos, hermeticos y cerrados que contienen un material menos denso que el agua (por ejemplo, el aire) para aumentar la flotabilidad de la plataforma 1210. De acuerdo con otro ejemplo, los elementos cilmdricos 1211 contienen un material (por ejemplo, espuma de baja densidad) para evitar que los miembros se llenen de agua y se hundan en el caso de fuga. De acuerdo con todavfa otro ejemplo adicional, los elementos de refuerzo estructurales interiores (por ejemplo, puntales) pueden estar situados dentro de los elementos cilmdricos para proporcionar un refuerzo estructural adicional.
En otros ejemplos, los elementos 1211 pueden adoptar la forma de otras formas, tales como, pero sin limitacion, la de cajas poligonales o de esferas.
De acuerdo con un ejemplo, las paredes de los elementos cilmdricos estan formadas de acero o un material adecuadamente ngido y/o duradero. Una plataforma formada por elementos cilmdricos tales como los descritos con referencia a las figuras 12 y 12A se conoce como plataforma "spar". De acuerdo con ejemplos alternativos, las plataformas flotantes pueden formarse de acuerdo con otros disenos adecuados.
Con referencia continua a la figura 12, la plataforma 1210 soporta, por ejemplo, una central electrica 1200 en un extremo de la plataforma. Como se ha descrito con respecto a ejemplos anteriores, la central electrica 1200 puede incluir un polipasto 1201, un motor/generador y otro equipo relacionado. Un lastre 1220 esta situado, por ejemplo, en un extremo opuesto de la plataforma 1210 con relacion al extremo en el que esta situada la central electrica. Como se describira con mas detalle a continuacion, el lastre 1220 es para posicionar el sistema 120 para uso operativo.
De acuerdo con otros ejemplos, la central electrica 1200 (por ejemplo, el polipasto 1201, el motor/generador y el equipo relacionado) puede estar situada en la plataforma (por ejemplo, en una camara dentro de la plataforma) para estar mas cerca del lastre 1220 de manera que el centro de gravedad del sistema 120 se reduce. Como tal, el sistema puede estar sumergido mas profundo en la masa de agua, y puede hacerse menos susceptible al movimiento debido a corrientes de viento y agua. Por ejemplo, la central electrica 1200 puede estar situada inmediatamente por encima del lastre 1220. En un ejemplo en el que la central electrica 1200 esta alojada en una camara en la plataforma 1210, la camara puede estar presurizada y/o sellada para evitar que el agua entre en el camara.
Con referencia a la figura 12A, en la plataforma 1210, se proporciona generalmente un canal o paso 1212 generalmente vertical en el centro de la plataforma. El canal puede estar definido por un elemento tal como, pero sin limitacion, un elemento cilmdrico tal como un tubo o un pozo. El canal 1212 se extiende a traves de la plataforma 1210 para facilitar la elevacion y descenso del cable de polipasto 1230, que esta acoplado con el polipasto 1201.
En un extremo, el cable de polipasto (o alambre, cuerda, correa, cadena o similar) 1230 esta acoplado con el polipasto 1201. En el extremo opuesto, el cable del polipasto 1230 esta acoplado con el peso de almacenamiento 1240. Como tal, el peso de almacenamiento 1240 se suspende en el agua por el cable de polipasto 1230. De acuerdo con una realizacion, el peso de almacenamiento 1240 es similar a los pesos de almacenamiento descritos anteriormente con respecto a otros ejemplos (por ejemplo, el peso de almacenamiento 303 de la figura 3). Por ejemplo, el peso de almacenamiento 1240 puede estar construido de hormigon, hormigon armado, acero o algun material adecuadamente denso.
De acuerdo con un ejemplo, la plataforma 1210 esta amarrada al suelo 1270 de la masa de agua para evitar que el sistema 120 se desplace debido a corrientes de viento o de agua. De acuerdo con un ejemplo, la plataforma 1210 esta amarrada al suelo 1270 a traves de las lmeas de amarre 1250. De acuerdo con un ejemplo, las lmeas de amarre pueden ser cualquier estructura de conexion adecuada tal como, pero sin limitacion, cables, cuerdas o cadenas sujetas al suelo por estacas, anclas o similares. Se pueden proporcionar uno o mas cables de transmision electrica 1260 para transportar energfa liberada por el sistema 120. De acuerdo con un ejemplo, los cables de transmision 1260 se extienden desde la central electrica 1210 hasta el suelo 1270, y desde el suelo hasta la orilla para la conexion a una red electrica (por ejemplo, la red electrica 204 de la figura 2).
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Durante el funcionamiento, el sistema de la figura 12 funciona de forma similar a los sistemas descritos anteriormente con respecto a otros ejemplos (por ejemplo, el sistema 300 de la figura 3). La elevacion del peso de almacenamiento 1240 utilizando el polipasto 1201 almacena ene^a en el sistema 120 en forma de energfa potencial gravitatoria. El descenso del peso de almacenamiento 1240 libera la energfa almacenada, generando ene^a que puede ser transportada por el cable de transmision 1260.
De acuerdo con un ejemplo, el descenso del peso 1240 a traves del agua a velocidades modestas minimiza (o al menos reduce) las perdidas por arrastre. Por ejemplo, una esfera de hormigon de 10 metros de diametro puede tener una masa de 1309 toneladas metricas y, en consecuencia, puede liberar mas de 6,3 megavatios-hora de energfa cuando se baja a traves de 3000 metros de agua. Si el peso se baja a una velocidad de 1 metro por segundo, la energfa se libera a una velocidad de mas de 7,5 megavatios durante ese penodo. Como tal, de acuerdo con un sistema modelado, se estima que las perdidas por arrastre pueden llegar a ser inferiores al 0,3 % de la energfa liberada. Un peso que tiene una forma calculada para proporcionar un mejor rendimiento hidrodinamico que una esfera (por ejemplo, un peso en forma de capsula con extremos redondeados tal como un peso que tiene la forma de peso 1240) reducira aun mas las perdidas por arrastre.
Como se ha descrito anteriormente con referencia a la figura 2, se puede bajar (o elevar) un peso de un sistema a dos o mas velocidades diferentes. Como se ha descrito anteriormente con referencia a la figura 3, en un ejemplo, con referencia a la figura 12, se controla electronicamente una velocidad a la que se eleva el peso 1240 mediante el polipasto 1201. Por ejemplo, de acuerdo con un ejemplo, un motor/generador para accionar el polipasto 1201 es controlado por un circuito de control acoplado con el motor/generador para controlar la velocidad a la que el cable de polipasto 1230 es arrastrado por el polipasto 1201. De acuerdo con otro ejemplo, tal circuito de control puede estar acoplado con el polipasto 1201 para controlar dicha velocidad.
Con referencia continua a la figura 12, en un ejemplo, una velocidad a la que se baja el peso 1240 por el polipasto 1201 se controla configurando una frecuencia de funcionamiento de un generador (por ejemplo, el generador 200 de la figura 2) acoplado con el polipasto. La configuracion de la frecuencia de funcionamiento para que sea de un cierto valor ajusta de forma correspondiente la velocidad a la que se baja el peso 1240. Como alternativa, si dicho generador es smcrono con una red electrica (por ejemplo, la red electrica 204 de la figura 2), la relacion de transmision de una caja de engranajes puede configurarse para controlar la velocidad a la que se baja el peso 1240. Por ejemplo, de acuerdo con un ejemplo, se puede acoplar una caja de engranajes entre el polipasto 1201 y el generador (vease, por ejemplo, la figura 21). La configuracion de la relacion del engranaje de tal caja de engranajes para que sea de un cierto valor determina correspondientemente la velocidad a la que se baja el peso 1240.
Con referencia continua a la figura 12, en un ejemplo alternativo, una velocidad a la cual el peso 1240 se baja por el polipasto 1201 es controlada por o usando una estructura mecanica. Por ejemplo, de acuerdo con un ejemplo, se proporciona una estructura de amortiguacion (que proporciona, por ejemplo, uno o mas niveles de amortiguacion) para controlar la velocidad a la cual el cable de polipasto 1230 se extrae del polipasto 1201. Tal estructura de amortiguacion puede incluir, pero sin limitacion, una abrazadera ajustable configurable para aumentar la resistencia de rotacion del tambor del polipasto 1201. De acuerdo con otro ejemplo, el polipasto 1201 incluye una estructura para ajustar tal resistencia (tal como, pero sin limitacion, un tornillo que puede apretarse o aflojarse). La estructura de amortiguacion descrita anteriormente puede ser operable manualmente (por ejemplo, desde un lugar accesible a un operador humano) o por un dispositivo controlable electronicamente tal como un accionador.
Similar al sistema de la figura 7, un sistema basado en el mar de acuerdo con un ejemplo puede emplear dos o mas pesos de almacenamiento. Con referencia a la figura 13, el sistema 130 incluye las pesas 1340a, 1340b, 1340c, 1340d y 1340e. Similar al sistema de la figura 7, los pesos 1340a a 1340e pueden elevarse y bajarse individualmente. Al elevarse, los pesos pueden ser soportados por un bastidor 1350 suspendido de la plataforma 1310. De acuerdo con un ejemplo, el bastidor 1350 es similar a bastidores tales como el bastidor 900, que se describio con referencia a la figura 9. Para liberar energfa, el polipasto 1301 baja los pesos de almacenamiento, uno a la vez, y los apoya sobre una base 1380 colocada en el suelo de la masa de agua. Como se describira con mas detalle con respecto a la figura 15, de acuerdo con un ejemplo, los pesos pueden ser soportados por el bastidor de almacenamiento 1350 usando unos cierres. Como se describira con mas detalle con respecto a la figura 16, de acuerdo con un ejemplo, se utiliza una mordaza 1600 para acoplar cada peso de almacenamiento 1340a, 1340b, 1340c, 1340d, 1340e para subir y bajar el peso a traves del agua.
De acuerdo con un ejemplo, un cable de grna 1370 (que puede ser similar, por ejemplo, al cable de grna 1020 de las figuras 10A, 10B y 10C) puede ayudar a asegurar que los pesos de almacenamiento 1340a a 1340e esten alineados correctamente con la base de reposo 1380 y permite que la mordaza 1600 se vuelva a acoplar rapidamente con un peso para devolver el peso al bastidor 1350. De acuerdo con un ejemplo, se utilizan dos o mas sistemas tales como el sistema de la figura 13 en cooperacion (o en
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tandem) para proporcionan un nivel mas uniforme de potencia de salida y/o un nivel mas uniforme de disponibilidad de almacenamiento.
Con referencia a la figura 14A, se muestra una vista superior de un peso de almacenamiento 1440 de acuerdo con un ejemplo. De acuerdo con un ejemplo, el peso 1440 esta configurado para mejorar el rendimiento bajo el agua. El receptaculo de agarre 1441 se proporciona para acoplarse con la mordaza (por ejemplo, la mordaza 1600 de la figura 13). Ademas, el receptaculo de agarre 1441 define (al menos en parte) el canal 1444 a traves del cual puede extenderse la mordaza (por ejemplo, la mordaza 1600 de la figura 13), el cable de polipasto, y el cable de grna (por ejemplo, el cable 1370 de la figura 13). El peso 1440 puede estar conformado de tal forma que la mayona (o la mayor parte) de su masa este situada en su periferia. En un ejemplo en el que el peso tiene una seccion transversal circular, la mayona (o la mayor parte) de su peso se encuentra en su reborde 1442. Como tal, el peso es mas adecuado para disminuir la resistencia. En otros ejemplos, la porcion periferica del peso 1440 puede tener otras formas adecuadas. De acuerdo con un ejemplo, la densidad del material que forma el reborde 1442 puede ser mayor que la densidad del material que forma la parte interior 1443 del peso. De acuerdo con otro ejemplo, la porcion interior 1443 esta abierta (o hueca). El reborde 1442 (y potencialmente otras porciones del peso) puede estar construido de hormigon armado o un material adecuadamente fuerte de tal manera que el peso es mas capaz de soportar la presion del agua cuando el peso esta sumergido significativamente por debajo de la superficie del agua.
Con referencia a la figura 14B, se muestra una vista lateral en seccion transversal de los pesos 1440b, 1440c, 1440d y 1440e. De acuerdo con un ejemplo, los pesos estan configurados para descansar sobre la base 1480. De acuerdo con un ejemplo, cada uno de los pesos esta configurado de tal manera que su centro de gravedad se situe por debajo del receptaculo de agarre 1441 para mejorar la estabilidad del peso a medida que se baja o se eleva a traves del agua. De acuerdo con un ejemplo adicional, el peso 1440 es aerodinamico para alisar el area superficial de sus superficies externas (tales como, pero sin limitacion, las superficies que empujan directamente contra el agua cuando el peso se baja o se eleva) para minimizar (o reducir) la resistencia del fluido.
Se muestra el bastidor de almacenamiento en la figura 15. De acuerdo con un ejemplo, el bastidor 150 tiene un armazon 1560 que esta configurado para proporcionar una o mas paredes adyacentes a los extremos opuestos de cada uno de los pesos. El armazon 1560 puede incluir cierres retractiles (o pivotables) 1562 (por ejemplo, cierres 1562a y 902b) que son controlables para extenderse (o pivotar) desde y retraerse hacia (o girar de nuevo a) el armazon (1560).
En un ejemplo, los cierres 1562 estan acoplados de forma pivotante al armazon. En una realizacion adicional, los cierres son pivotantes entre una primera posicion (un estado extendido) en la que una porcion del cierre se extiende lateralmente mas alla de la anchura del armazon y una segunda posicion (un estado retrafdo) en la que el cierre esta alineado generalmente con o dentro de los bordes del armazon.
Los cierres son controlables para controlarse en el estado extendido o en el estado retrafdo. De acuerdo con un ejemplo, el control de los cierres es similar al descrito con respecto a los cierres 902 de la figura 9. Por ejemplo, los cierres 1562 pueden tener accionadores que son controlables para girar selectivamente el cierre. En un ejemplo adicional, los accionadores son controlables manualmente, por ejemplo, mediante palancas o un conmutador que es capaz de accionarse manualmente, como se ha descrito anteriormente con respecto a la figura 9. De acuerdo con otro ejemplo adicional, los accionadores son electronicamente controlables de una manera similar al control electronico de los accionadores de los cierres 902 de la figura 9.
Los cierres 1562a y 1562b estan configurados para soportar pesos en el bastidor de almacenamiento 150. Los cierres 1562a se muestran en un estado extendido para soportar el peso de almacenamiento 1540. De acuerdo con un ejemplo, en el estado extendido, los cierres se acoplan a una caractenstica de superficie (tal como, pero sin limitacion, una superficie inferior) del peso. Los cierres 1562b se muestran en un estado retrafdo. Sin embargo, los cierres 1562b son extensibles para soportar un peso siguiente que se eleva.
De acuerdo con otro ejemplo, los cierres 1562 estan configurados para extenderse desde y retraerse en el armazon 1560, similar a la configuracion de los cierres 902, que se describieron con referencia a la figura 9.
El funcionamiento de la mordaza 1600 se describe ahora con mas detalle con referencia a las figuras 16A, 16B y 16C. En un ejemplo, la mordaza 1600 es similar a la mordaza 1000, que se describio con referencia a las figuras 10A, 10B y 10C. Por ejemplo, similar a la mordaza 1000, la mordaza 1600 tiene un cuerpo central 1600a y uno o mas elementos sobresalientes 1600b. Ademas, la mordaza 1600 puede tener tambien un canal interior a traves del cual puede extenderse un conector, tal como, pero sin limitacion, un cable o alambre. Ademas, en un ejemplo, los elementos sobresalientes 1600b estan acoplados de forma
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pivotante al cuerpo central 1600a. En un ejemplo adicional, los elementos sobresalientes son pivotantes entre una primera posicion (un estado abierto) en la que una porcion del elemento se extiende lateralmente mas alla de la anchura del cuerpo central y una segunda posicion (un estado cerrado) en la que el miembro esta alineado en general con o dentro de los bordes del cuerpo central.
De acuerdo con un ejemplo, el funcionamiento de la mordaza 1600 es similar a la operacion descrita anteriormente con referencia a la mordaza 1000 de las figuras 10A, 10B y 10C. La mordaza 1600 puede estar situada en el extremo del cable de polipasto 1661. La mordaza 1600 puede configurarse para situarse en un estado cerrado o un estado abierto de una manera similar a la descrita con respecto a la mordaza 1000 de las figuras 10A, 10B y 10C. Ademas, en un ejemplo, el control del estado de la mordaza 1600 y el control del estado de los cierres (por ejemplo, los cierres 1562 de la figura 15) estan coordinados de una manera similar a la descrita con respecto a los cierres 902 y la mordaza 1000. Un cable de gma 1670 se extiende a traves de un canal en la mordaza 1600 y al menos una porcion del cable de polipasto 1661. La posicion del cable de gma 1670 se puede fijar establemente asegurando un extremo del cable de gma a la base 1680.
Con referencia a la figura 16A, se muestra el acoplamiento de un peso que se esta bajando. La mordaza 1600 esta en su estado abierto. En este estado, las protuberancias 1601 se extienden desde el cuerpo de la mordaza 1600. Las protuberancias 1601 estan configuradas para acoplarse al receptaculo de agarre 1641 del peso 1640. Como tal, cuando la mordaza 1600 se abre, las protuberancias 1601 se acoplan al receptaculo de agarre 1641, y el peso 1640 puede bajarse con el cable de polipasto 1661. La bajada del peso 1640 es guiada por el cable de gma 1670. El cable de gma 1670 puede asegurar que el peso de almacenamiento este alineado apropiadamente con la base de reposo 1680 y tambien puede permitir que la mordaza 1600 se acople de nuevo mas rapidamente con el peso cuando se desea que el peso se devuelva al bastidor (por ejemplo, el bastidor 15 de la figura 15). Con referencia a la figura 16B, el peso 1640 se baja para descansar sobre la base 1680.
Con referencia a la figura 16C, la mordaza 1600 esta configurada para liberar el peso 1640 de manera que la mordaza 1600 y el cable de polipasto 1661 puedan elevarse para recuperar un peso posterior. La mordaza 1600 esta en una posicion cerrada. Debido a que la mordaza 1000 esta en su estado cerrado, puede desacoplarse con el receptaculo de agarre 1641 del peso 1640. Como tal, la mordaza 1600 y el cable de polipasto 1661 pueden elevarse para dejar el peso 1640 en su posicion de reposo (por ejemplo, sobre la base 1680).
Como tal, la mordaza 1600 puede usarse para bajar pesos individualmente a traves del agua. Se entiende que, de una manera similar, la mordaza puede usarse para elevar individualmente pesos a traves del agua. Como se ha descrito anteriormente con respecto a la figura 15, cuando un peso se eleva hasta el bastidor de almacenamiento, puede soportarse por el bastidor (por ejemplo, utilizando los cierres mostrados en la figura 15).
De acuerdo con un ejemplo, un sistema (por ejemplo, el sistema de la figura 13) puede estar configurado para funcionar con energfa renovable, asf como fuentes mas convencionales tales como hidrocarburos para elevar pesos en los momentos deseados.
Con referencia a la figura 17, un sistema 170 puede incluir un generador de energfa de turbina eolica 1700. El generador 1700 esta destinado a generar energfa para accionar el polipasto 1720 para elevar el peso 1720 a traves del agua. Como tal, la energfa eolica capturada por el generador de energfa de turbina eolica 1700 puede almacenarse en el sistema 170 como energfa potencial gravitatoria. La energfa almacenada puede liberarse en un momento posterior (por ejemplo, cuando la demanda de potencia es mayor).
Los emplazamientos oceanicos, incluidos los emplazamientos situados relativamente alejados de la tierra, pueden ser apropiados para una turbina eolica tal como la turbina eolica 1700. Si el emplazamiento esta situado relativamente alejado de la tierra, la turbina eolica puede estar mas alla del alcance visible y/o audible desde tierra. Por lo tanto, los observadores en tierra tenderan probablemente a no ver la turbina como una "monstruosidad" y/o como una fuente significativa de contaminacion acustica. Ademas, los sitios pueden ser elegidos para estar situados lejos de rutas conocidas o que probablemente se utilicen por las aves migratorias. Por lo tanto, es menos probable que el funcionamiento de la turbina afecte a la vida salvaje. Dichos sitios pueden seleccionarse para minimizar el impacto ambiental.
Ademas, como el sistema de la figura 17 proporciona una superficie (por ejemplo, una superficie de la estructura de plataforma 1730 tal como una superficie de la central 1710) para soportar la turbina 1700, no se requiere una plataforma separada para soportar la turbina eolica, reduciendo asf los costes tfpicamente asociados con la instalacion de una turbina eolica en alta mar. La plataforma 1730 puede estar configurada para ser suficientemente flotante para soportar el peso de la turbina 1700 de tal manera que las palas de la turbina permanezcan por encima del agua durante el funcionamiento. Un lastre 1740 en la parte inferior de la plataforma 1730 ayuda a mantener el sistema 170 en una posicion operativa.
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Como se ha descrito anteriormente, al menos parte de la ene^a capturada por la turbina eolica 1700 puede almacenarse y posteriormente liberarse en un momento mas adecuado con el fin de producir un nivel mas uniforme de potencia de salida a lo largo del tiempo. Como tal, la turbina eolica se convierte de este modo a partir de una fuente de energfa relativamente intermitente que podna proporcionar potencia de solo un valor relativamente bajo (por ejemplo, la potencia que se captura durante los penodos de menor actividad) en una fuente de energfa distribuible que proporciona potencia de un valor relativamente mas alto (por ejemplo, la potencia que se suministra durante los penodos pico). En otras palabras, la energfa eolica que se captura durante los penodos de baja demanda de energfa, tal como por la noche, puede almacenarse en el sistema. La energfa almacenada puede liberarse (por ejemplo, a una red) durante periodos de alta demanda de potencia, cuando la potencia es mucho mas valiosa.
De acuerdo con un ejemplo, un sistema tal como el sistema de la figura 17 puede estar configurado para un transporte e instalacion comodos en el mar. Las figuras 18A y 18B muestran, respectivamente, vistas superior y lateral de un sistema de acuerdo con tal ejemplo. Como se describira con mas detalle a continuacion, el sistema 180 puede estar situado en su lateral (por ejemplo, en la posicion ilustrada en la figura 18B), por ejemplo, para su transporte, almacenamiento o mantenimiento, en tierra y en dique seco. El sistema 180 puede estar configurado de tal manera que no se requiera que equipos pesados, tales como gruas, muevan el sistema.
Con referencia a la figura 18, el sistema 180 incluye una plataforma spar 1850, dispositivos de flotacion 1830, una turbina eolica 1890 que incluye la torre 1810, soportes de torre 1800, un piston deslizable 1880 y tanque de lastre 1840. De acuerdo con un ejemplo, la plataforma spar 1850 tiene un cilindro 1860 dimensionado para recibir la torre 1810. De acuerdo con un ejemplo adicional, la plataforma spar 1850 es similar en estructura a la plataforma spar 1210, que se describio con referencia a la figura 12. Por ejemplo, la plataforma spar 1850 puede incluir uno o mas elementos de flotacion cilmdricos que pueden ser similares a los elementos 1211, que tambien se describieron con referencia a la figura 12. Los dispositivos de flotacion 1830 tambien pueden ser similares a los elementos 1211. La turbina eolica 1890 incluye palas y la torre 1810 que soporta las palas de la turbina. De acuerdo con una realizacion, los dispositivos de flotacion 1880 son similares en estructura a los elementos 1211. Los soportes de torre pueden incluir una estructura maleable que puede configurarse para tener una forma que se adapte a un objeto adyacente (por ejemplo, la torre 1810).
De acuerdo con un ejemplo, el sistema 180 esta configurado de tal manera que la torre de turbina eolica 1810 se retrae dentro de un cilindro (por ejemplo, un cilindro central) 1860 de la plataforma spar 1850. Un extremo de la torre 1810 esta acoplado con un piston deslizable 1880. En un ejemplo, los soportes de torre 1800 pueden proporcionarse de forma desmontable en la entrada al cilindro 1860 para soportar la torre 1810 (por ejemplo, para minimizar la oscilacion durante el transporte). En un ejemplo, un tanque de lastre 1830 esta situado en el extremo opuesto de la plataforma spar 1850. En un ejemplo adicional, los flotadores de estabilizacion 1830 se fijan de forma desmontable a cada lado de la plataforma spar 1850 para estabilizar la plataforma durante el transporte. Con referencia continua a la figura 18A, el sistema ilustrado esta listo para ser transportado (por ejemplo, remolcado) a un sitio de instalacion (por ejemplo, un sitio de instalacion localizado en alta mar).
Con referencia a la figura 18B, el sistema ilustrado esta en el sitio de instalacion acuatico y listo para ser instalado en el sitio.
A continuacion se describira un procedimiento para instalar la plataforma para su funcionamiento con referencia a las figuras 19A, 19B y 19C. Con referencia a la figura 19A, el tanque de lastre 1840 puede estar configurado para recibir el agua 1900. A medida que el tanque de lastre 1840 continua recibiendo agua, el centro de gravedad de la plataforma spar 1850 cambia en consecuencia. El cambio en el centro de gravedad hace que el extremo lastrado de la plataforma spar 1850 se hunda mas profundamente en el agua (veanse, por ejemplo, las figuras 19A y 19B). El tanque de lastre 1840 esta configurado para recibir una cantidad suficiente de agua de tal manera que la posicion de equilibrio de la plataforma spar es una posicion de pie (vease, por ejemplo, la figura 19C). Cuando la plataforma spar 1850 esta erguida, como se muestra en la figura 19C, puede colocarse entonces en el lugar deseado y luego amarrarse al suelo del cuerpo de agua de manera que se fije su posicion. Se pueden acoplar uno o mas pesos de almacenamiento para que funcionen con el sistema de tal manera que la energfa potencial gravitatoria pueda almacenarse en el sistema. Por ejemplo, se pueden acoplar uno o mas pesos de almacenamiento de acuerdo con una configuracion similar a la ilustrada en la figura 17.
El procedimiento para instalar la plataforma para su funcionamiento se describira ahora con mas detalle con referencia a las figuras 20A, 20B y 20C. Como se ha descrito previamente, la torre 1810 esta situa en un cilindro 1860 en el centro de la plataforma spar 1850, y el extremo inferior de la torre 1810 esta acoplado con un piston deslizable 1880. El piston 1880 se hace deslizar hacia arriba, empujando de este modo la torre 1810 en una direccion ascendente (veanse, por ejemplo, las figuras 20B y 20c). De acuerdo con un ejemplo, se hace que el piston 1880 se deslice hacia arriba cuando se bombea aire al cilindro
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1860, en el lugar por debajo del piston 1880 (entre el piston 1880 y el tanque de lastre 1840). Se puede proporcionar un puerto de entrada de aire adecuado (no mostrado) en la plataforma spar para su conexion a una fuente de aire presurizado (no mostrada). El deslizamiento del piston 1880 puede continuar hasta que la torre 1810 alcance su posicion completamente extendida. La entrada de aire puede sellarse despues de que el piston 1880 se deslice hacia su posicion extendida. De acuerdo con un ejemplo, la torre 1810 alcanza su posicion totalmente extendida cuando el piston 1880 alcanza el extremo de la plataforma spar 1850 (vease, por ejemplo, la figura 20C). La torre 1810 puede ser atornillada o fijarse de otra manera adecuadamente en su lugar.
Bajo tecnicas conocidas, una torre de turbina eolica, que puede tener mas de 100 metros de altura, requiere gruas extremadamente altas y costosas para elevar la torre e izar la gondola y las palas de la turbina de la torre. Esto sena especialmente diffcil y caro en aguas profundas del oceano, donde las olas pueden ser grandes y los vientos pueden ser fuertes. Por el contrario, el procedimiento descrito con referencia a las figuras 19A, 19B, 19c, 20A, 20B y 20C puede no requerir dicho equipo, ahorrando tanto tiempo como gasto. Ademas, ciertas etapas del procedimiento pueden ser reversibles. Por ejemplo, la torre 1810 puede bajarse (por ejemplo, retraerse) de nuevo al cilindro 1860, por ejemplo, para colocar la gondola mas cerca del agua, donde el reemplazo de componentes defectuosos puede realizarse mas facilmente.
Como se ha descrito anteriormente, las turbinas eolicas con sistemas de almacenamiento de energfa, tales como las desveladas en el presente documento con referencia a ciertos ejemplos, pueden proporcionar ahorros de costes significativos. La energfa eolica se puede utilizar para girar un rotor en un motor/generador para generar energfa electrica que se utilizara para elevar uno o mas pesos. Como alternativa, con referencia a la figura 21, una turbina eolica 2110 esta acoplada mecanicamente de forma directa con un sistema de almacenamiento de pozo (por ejemplo, un sistema similar al sistema de almacenamiento de la figura 13), permitiendo el uso directo de energfa eolica para elevar el peso de almacenamiento 2130 mediante un polipasto 2120. Es decir, la rotacion del rotor de la turbina 2110 hace que uno o mas engranajes de la caja de engranajes 2140 giren. La rotacion de los engranajes hace que el tambor del polipasto 2120 gire, elevando asf el peso 2130. El acoplamiento de un generador entre la turbina 2110 y el polipasto 2120 puede no ser necesario, ahorrando asf costes y haciendo mas simple el diseno del sistema 210 y menos complejo. Como se ha descrito previamente, tal sistema facilita la liberacion de la energfa eolica capturada (por ejemplo, a una red electrica) segun sea necesario, en lugar de solo cuando sopla el viento. Como resultado, el valor de la energfa eolica puede aumentarse sustancialmente.
Una representacion esquematica de un sistema combinado 220 de acuerdo con otro ejemplo se muestra en la figura 22. En el sistema 220, la turbina eolica 2200 acciona una bomba hidraulica 2210, que bombea fluido hidraulico (por ejemplo, fluido hidraulico de alta presion) a traves de una manguera de presion 2220 a un motor hidraulico 2230. El motor hidraulico 2230 acciona el polipasto 2240 para elevar el peso de almacenamiento 2250. De acuerdo con una realizacion, cuando se baja el peso de almacenamiento 2250, el polipasto 2240 se hace girar para girar uno o mas engranajes de la caja de engranajes 2270. La rotacion de los engranajes se convierte en energfa electrica mediante el generador 2260. De acuerdo con un ejemplo adicional, dos o mas lmeas hidraulicas tales como una manguera de presion 2220 pueden acoplarse entre sf para accionar el motor hidraulico 2230, facilitando de este modo la conduccion del polipasto 2240 usando la salida de mas de una turbina eolica.
Ahora se describira una realizacion de la invencion con referencia a las figuras 23A y 23B. El sistema 230 de las figuras 23A y 23B incluye una estructura de pozo 2320 que incluye, por ejemplo, pero sin limitacion, una tubena generalmente cilmdrico hecho de un material adecuadamente ngido, tal como, pero sin limitacion, metal, plastico, material compuesto o similares. La tubena tiene un canal central en el que un peso 2310 esta soportado para el movimiento entre una primera posicion (mostrada en la figura 23B) y una segunda posicion (mostrada en la figura 23A). El sistema 230 incluye tambien una bomba 2340, una tubena 2360 y un motor/generador 2350. De acuerdo con una realizacion, la tubena incluye, pero sin limitacion, una estructura en forma de tubo hecha de un material adecuadamente ngido, tal como, pero sin limitacion, metal, plastico, un material compuesto o similares. El peso 2310 esta dimensionado para moverse dentro del canal de la estructura de pozo 2320. En una realizacion, el peso esta hecho de un material adecuadamente denso tal como, pero sin limitacion, hormigon, acero o similar. Los sellos de presion 2320 estan dimensionados para al menos abarcar un espacio entre el peso 2310 y la periferia interna de la estructura de pozo 2320 para formar un sello hermetico entre los mismos. De acuerdo con una realizacion, los sellos de presion estan formados de un material duradero y flexible tal como, pero sin limitacion, plastico, caucho o similar.
El funcionamiento del sistema 2300 es similar al del sistema de la figura 2 ya que el sistema 2300 tambien almacena la energfa potencial gravitatoria utilizando un peso de almacenamiento que se hace subir y bajar. Con respecto a la realizacion de la figura 23A, el peso 2310 esta situado en el canal de la estructura de pozo 2320 que facilita el flujo de entrada y salida de un fluido hidraulico. Para facilitar la descripcion, la
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estructura de pozo 2320 se denominara tubena de almacenamiento. De acuerdo con una realizacion, el fluido hidraulico es agua.
Con referencia continua a la figura 23A, el peso 2310 esta dimensionado para posicionarse de manera deslizable dentro de la tubena 2320. De acuerdo con una realizacion, el peso 2310 esta dimensionado para ajustarse estrechamente pero de forma deslizante dentro de los confines de la tubena 2320. Como tal, el tamano del peso se puede maximizar para aumentar la cantidad de energfa potencial gravitatoria que puede ser capturada por el peso, sin afectar significativamente a la libertad del peso para moverse dentro de la tubena 2320. De acuerdo con una realizacion adicional, se puede proporcionar un sello de presion 2330 en el peso 2310 para impedir que el fluido hidraulico escape por el sello 2330. Como se muestra en la figura 23A, el cierre hermetico 2330 esta dispuesto en el extremo inferior 2310a del peso 2310. En otras realizaciones, el sello 2330 puede disponerse en el extremo superior 2310b del peso 2310, o entre el extremo inferior 2310a y el extremo superior 2310b.
Con referencia continua a la figura 23A, una bomba (o turbina de bombeo) 2340 esta conectada por la tubena 2360 a la parte superior e inferior de la tubena 2320 y esta conectada a traves de un eje de transmision a un motor electrico/generador 2350. Como se muestra en la figura 23A, la bomba 2340 esta situada cerca del extremo superior de la tubena 2320. En otras realizaciones, la bomba 2340 esta situada cerca del extremo inferior de la tubena 2320, o entre los extremos superior e inferior. El motor/generador 2350 tambien esta conectado a una fuente externa de energfa electrica, tal como la red electrica 2380, por ejemplo, a traves de la subestacion 2370.
Durante el funcionamiento, cuando la fuente externa 2380 suministra energfa electrica al motor/generador 2350, el motor/generador 2350 acciona la bomba 2340 para aumentar la presion del fluido hidraulico a lo largo de la direccion indicada en las flechas de la figura 23A en la tubena 2360. Como resultado, se aumenta la presion en el fluido por debajo del peso 2310, obligando al peso 2310 a elevarse hacia el extremo superior del pozo 2320. Como tal, la energfa potencial gravitatoria se almacena en el sistema 230 (vease, por ejemplo, la configuracion de la figura 23B). De acuerdo con una realizacion, cuando el peso 2310 alcanza una posicion elevada (tal como, pero sin limitacion, la posicion de la figura 23B), los cierres, como se ha descrito anteriormente, las valvulas en la tubena 2360 o en la tubena 2360, un bloqueo en la turbina de bomba u otra estructura adecuada se operan para mantener la presion del fluido hidraulico que soporta el peso 2310. Por ejemplo, similar a los cierres descritos previamente, dichas estructuras pueden ser operadas manualmente y/o electronicamente.
De acuerdo con otras realizaciones, se puede usar aire o un material gaseoso en lugar de (o en combinacion con) un lfquido en el pozo 2320 para empujar el peso 2310 en una direccion ascendente. De acuerdo con estas realizaciones, se puede usar un compresor de aire en lugar de (o ademas de) la bomba 2340 para aumentar la presion del aire, elevando asf el peso 2310.
La liberacion de energfa almacenada en el sistema 230 se describira ahora con mas detalle con referencia a la figura 23B. En una realizacion, las estructuras de mantenimiento (por ejemplo, cierres, valvulas o bloqueos) se accionan para liberar la presion del fluido hidraulico que soporta el peso 2310. Cuando el peso 2310 se deja caer hacia el extremo inferior del pozo 2320, la masa del peso obliga al lfquido a fluir a traves de la tubena 2320 y a traves de la tubena 2360 en la direccion de las flechas indicadas en la figura 23B en la tubena 2360. El flujo del lfquido impulsa la bomba 2340, lo que hace que el generador 2350 produzca energfa electrica para ser transmitida, por ejemplo, a la red electrica 2380. En las realizaciones que emplean una sustancia gaseosa (tal como, pero sin limitacion, aire) en lugar de un lfquido, el peso descendente 2310 hace que el aire por debajo del peso 2310 y en la tubena 2360 se presurice. El aire presurizado acciona la bomba/turbina 2340, lo que hace que el generador 2350 produzca energfa electrica.
De acuerdo con una realizacion que emplea un lfquido como material presurizado, el lfquido se selecciona/configura para reducir las perdidas de energfa operativas que se pueden producir en el sistema. Por ejemplo, en una realizacion, la composicion del lfquido se modifica anadiendo oxido de polietileno o una sustancia similar al lfquido (por ejemplo, agua) para disminuir la turbulencia que puede experimentar el peso movil 2310 y para disminuir la cantidad de friccion causada por el deslizamiento del sello de presion 2330 contra la tubena 2320. De acuerdo con otra realizacion mas, puede usarse un lfquido distinto del agua. Por ejemplo, se puede usar petroleo porque tiene una densidad mas baja que el agua. Por lo tanto, el uso de petroleo puede aumentar la flotabilidad negativa y la capacidad de almacenamiento efectiva proporcionada por el peso 2310 en una base de metro cubico. Ademas, el reemplazo de agua por petroleo disminuira la friccion causada por el deslizamiento del sello de presion 2330 contra la tubena 2320.
Como se ha descrito anteriormente con referencia a la figura 2, se puede bajar (o elevar) un peso de un sistema a dos o mas velocidades diferentes. Con referencia a la figura 23A, en una realizacion, se controla electronicamente una velocidad a la que el peso 2310 es elevado por el fluido. Por ejemplo, de acuerdo con una realizacion, el motor/generador 2350 para accionar la bomba-turbina 2340 se controla
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por un circuito de control acoplado con el motor/generador para controlar el nivel de presion de fluido que se produce. De acuerdo con otra realizacion, tal circuito de control puede estar acoplado con la bomba- turbina 2340 para controlar dicha velocidad.
Con referencia continua a la figura 23A, en una realizacion, se controla una velocidad a la cual se baja el peso 2310 a lo largo de la tubena 2320 configurando una frecuencia de funcionamiento del generador 2350. La configuracion de la frecuencia de funcionamiento para que sea de un cierto valor ajusta de forma correspondiente la velocidad a la que se baja el peso 2310. Como alternativa, si el generador 2350 es sincronico con la red electrica 2380, la relacion de transmision de una caja de engranajes puede estar configurada para controlar la velocidad a la que se baja el peso 2310. Por ejemplo, de acuerdo con una realizacion, se puede acoplar una caja de engranajes entre la bomba-turbina 2340 y el generador 2350 (similar a la configuracion ilustrada en la figura 21). La configuracion de la relacion del engranaje de tal caja de engranajes para que sea de un cierto valor determina correspondientemente la velocidad a la que se baja el peso 2310.
Con referencia continua a la figura 23A, en una realizacion alternativa, una velocidad a la que se baja el peso 2310 a lo largo del tubo 2320 se controla mediante o utiliza una estructura mecanica. Por ejemplo, de acuerdo con una realizacion, se proporciona una estructura de amortiguacion (que proporciona, por ejemplo, uno o mas niveles de amortiguacion) para controlar la velocidad a la que el fluido es expulsado de la tubena 2320 y hacia la tubena 2360. Tal estructura de amortiguacion puede incluir, pero sin limitacion, una valvula que controla dicha entrada en la tubena 2360. De acuerdo con otra realizacion, la bomba-turbina incluye una estructura para ajustar una velocidad de entrada desde la tubena 2360 y hacia la bomba-turbina. La estructura de amortiguacion descrita anteriormente puede ser operable manualmente (por ejemplo, desde un lugar accesible a un operador humano) o por un dispositivo controlable electronicamente tal como, pero sin limitacion, un accionador de valvula.
De acuerdo con otra realizacion (similar a las realizaciones respectivas de las figuras 7 y 13), se utilizan pesos multiples. En algunos casos, las bombas (o bombas-turbinas) tales como la bomba 2340 de la figura 23A pueden alojar solamente hasta un cierto nivel de presion de agua o "cabeza". Debido a que el nivel de presion de agua producido por un peso (por ejemplo, el peso 2310 de la figura 23A) esta determinado por la densidad y altura del peso, un peso suficientemente grande y denso puede producir potencialmente mas presion de agua que la bomba puede manejar comodamente. Mediante el uso de pesos multiples, cada uno de los cuales esta dimensionado para producir un nivel de presion de agua que puede ser alojado por la bomba, pueden mantenerse aumentos crecientes en la presion del agua pueden dentro de niveles comodos.
En la realizacion ilustrada en las figuras 23A y 23B, se muestran una tubena 2320 y una tubena 2360. En otras realizaciones, se puede acoplar una configuracion paralela de dos o mas tubenas similares a la tubena 2320 (cada una de los cuales tiene un peso similar al peso 2310 contenido en las mismas) entre la bomba-turbina 2340 y la tubena 2360. En otras realizaciones, una configuracion paralela de dos o mas tubenas similares a la tubena 2360 puede estar acopladas entre la tubena 2320 y la bomba-turbina 2340. En aun otras realizaciones, se puede acoplar una configuracion paralela de dos o mas tubenas similares a la tubena 2320 (cada una de los cuales tiene un peso similar al peso 2310 contenido en las mismas) entre la bomba-turbina 2340 y una configuracion paralela de dos o mas tubenas similares a la tubena 2360. El funcionamiento de las realizaciones descritas en este parrafo puede ser similar al funcionamiento descrito previamente con referencia a las figuras 23A y 23B.
Con referencia a la figura 24, se muestra un sistema que emplea pesos multiples. El sistema 240 incluye motor/generador 2450, bomba-turbina 2440, tubena 2420, tubena de retorno 2460 y sellos de presion 2330. En una realizacion, una o mas de estas estructuras es similar a la estructura o estructuras correspondientes en el sistema de la figura 23. El sistema 240 tambien incluye una pluralidad de pesos 2410a, 2410b, 2410c, 2410d y 2410e. Como se describe con otros pesos en esta divulgacion, los pesos 2410a-e pueden estar formados por un material adecuadamente denso (por ejemplo, acero, hormigon o similares). En una realizacion, cada uno de los pesos incluye una valvula 2412. Cada uno de los pesos 2410a, 2410b, 2410c, 2410d y 2410e define un canal interior 2411 a traves del cual puede pasar una sustancia lfquida tal como, pero sin limitacion, agua. De acuerdo con una realizacion, los pesos 2410a- 2410e pueden estar soportados por un bastidor de almacenamiento (no mostrado) situado en la parte superior de la tubena 2420 y similar al bastidor 900 descrito con referencia a la figura 9. Ademas, tal bastidor puede incluir cierres (por ejemplo, cierres similares a los cierres 902, que se describieron con referencia a la figura 9) que son configurables para mantener los pesos en su sitio en el bastidor.
En combinacion con cierres similares a los cierres 902 de la figura 9, las valvulas 2412 son configurables para posicionar los pesos, segun se desee. Las valvulas 2412 de los pesos 2410a-2410d se muestran en un estado abierto. De acuerdo con una realizacion, en estado abierto, las valvulas han sido configuradas para retraer (o pivotar) para abrir el canal interior 2411 en un extremo (por ejemplo, el extremo inferior del canal) de tal forma que el lfquido pueda entrar en el canal en ese extremo. Como tal, los pesos correspondientes no estan configurados para el movimiento controlado a lo largo de la tubena 2420. La
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valvula 2412 del peso 2410e se muestra en un estado cerrado. De acuerdo con una realizacion, en el estado cerrado, la valvula ha sido configurada para extenderse (o pivotar) para cerrar el canal interior 2411 en un extremo (por ejemplo, el extremo inferior del canal) de tal forma que el lfquido no puede entrar en el canal en ese extremo. Similar al control de los elementos sobresalientes de la mordaza 1000, como se describe con referencia a la figura 10, las valvulas 2412 son controlables para colocarse en el estado abierto o cerrado. De acuerdo con una realizacion, las valvulas tienen accionadores que, en una realizacion adicional, son controlables manualmente o electronicamente controlables.
Como se ha descrito anteriormente, cada uno de los pesos puede incluir una valvula operable 2412 que (en su estado abierto) proporciona la entrada del lfquido al volumen interior 2411. Cuando la valvula 2412 esta cerrada, la valvula 2412 impide la entrada del lfquido al volumen interior. El almacenamiento de energfa y la liberacion adjunta de energfa almacenada en el sistema de la figura 24 pueden realizarse de una manera similar a la descrita con referencia a las figuras 23A y 23B.
Con referencia a la figura 24, tanto durante las fases operativas de almacenamiento de energfa como de liberacion de energfa, la valvula 2412 en el peso (o pesos) que se selecciona para subir (o bajar) en el pozo 2420 se coloca en su estado cerrado (vease, por ejemplo, la valvula 2412 del peso 2410e en la figura 24, que esta en un estado cerrado. Como resultado, el peso 2410e se mueve en una direccion descendente a lo largo de la tubena 2420, aumentando de forma creciente de este modo la presion del lfquido suministrado a la bomba-turbina 2440.
Ademas, durante las fases operativas tanto de almacenamiento de energfa como de liberacion de energfa, la valvula 2412 en el peso (o pesos) que se selecciona para permanecer estacionaria se coloca en su estado abierto (vease, por ejemplo, la valvula 2412 del peso 2410a en la figura 24). Como resultado, la posicion del peso 2410a en la tubena 2420 permanece generalmente estable.
En las realizaciones descritas anteriormente, se produce presion de lfquido por debajo de un cuerpo (por ejemplo, el peso 2310 de la figura 23A) que esta formado por un material que tiene una densidad mayor que la del lfquido que fluye en la tubena. Ademas, se puede producir presion de lfquido por encima de un cuerpo, por ejemplo, un cuerpo formado por un material que tiene una densidad que es menor que la del lfquido que fluye en la tubena. Dicha presion puede formarse en el sistema 250, que se describira ahora con referencia a la figura 25. El sistema incluye un motor/generador 2550, una bomba-turbina 2540, un peso 2510, sellos de presion 2530 y una tubena 2520. En una realizacion, una o mas de estas estructuras son similares a la estructura o estructuras correspondientes en el sistema de la figura 23. El sistema tambien incluye la estructura de pozo 2560. El pozo 2560 incluye, por ejemplo, pero sin limitacion, un tubo generalmente cilmdrico de material ngido, tales como, pero sin limitacion, metal, plastico, un material compuesto o similares. El pozo 2560 tiene un canal central en el que un recipiente 2570 esta soportado para moverse entre una primera posicion (mostrada en la figura 25) y una segunda posicion en un extremo superior de la tubena 2560 (no mostrada). El recipiente 2570 puede tener una forma de capsula, cilindro, esfera, caja u otras formas.
De acuerdo con una realizacion, el recipiente 2570 es un recipiente generalmente hueco, hermetico y cerrado que contiene un material menos denso que el lfquido de presurizacion (por ejemplo, aire). De acuerdo con una realizacion, el recipiente 2570 es un recipiente de aire, y la presion de aire dentro del recipiente 2570 puede configurarse para compensar la presion externa del lfquido para evitar que el recipiente 2570 se colapse. Los sellos de presion 2580 se situan en el recipiente 2570. De forma similar a los sellos 2330 de la figura 23, los sellos de presion 2580 de una realizacion estan dimensionados para cubrir al menos un espacio entre el recipiente 2570 y la periferia interior de la tubena 2560 para formar un sello hermetico entre los mismos.
Con referencia a la figura 25, para liberar la energfa almacenada, un sistema facilita el movimiento descendente del peso 2510, que, de forma similar al peso 2310 de la figura 23A, esta compuesto de un material que es mas denso que el lfquido por debajo del peso 2510. La fuerza de presurizacion causada por el movimiento descendente del peso 2510 a lo largo del pozo 2520 puede aumentarse por la fuerza de presurizacion causada por el movimiento ascendente del recipiente flotante 2570 a lo largo del pozo 2560. El recipiente 2570 contiene un material que es menos denso que el lfquido que fluye en los pozos 2520 y 2560.
En una realizacion alternativa, el sistema emplea el recipiente flotante 2570 pero no el peso 2510 en el almacenamiento de energfa y la liberacion de la energfa almacenada. De forma similar a las realizaciones descritas previamente, el recipiente 2570 de esta realizacion alternativa contiene un material que tiene una densidad mas baja que el lfquido circundante. La energfa se almacena cuando la turbina aumenta la presion del fluido a lo largo de una direccion opuesta a las flechas indicadas en la figura 23A en el pozo 2540. Como resultado, se aumenta la presion en el fluido por encima del recipiente 2530, empujando el recipiente 2530 hacia el extremo inferior del pozo 2540. Como tal, se almacena energfa en el sistema 250 (vease, por ejemplo, la configuracion de la figura 25).
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Con referencia a la figura 26, se muestra otra realizacion. Las caractensticas de esta realizacion incluyen una estructura integrada que puede configurarse de manera relativamente compacta. En esta realizacion, un sistema 260 incluye un motor/generador 2650, una bomba-turbina 2640, una tubena de retorno 2660 y sellos de presion 2630. En una realizacion, una o mas de estas estructuras son similares a la estructura o estructuras correspondientes en el sistema de la figura 23. El sistema 260 incluye tambien una tubena 2620. La tubena de almacenamiento 2620 incluye, sin limitacion, una tubena generalmente cilmdrica hecha de un material adecuadamente ngido tal como, pero sin limitacion, metal, plastico, un material compuesto o similares. La tubena cilmdrica de la tubena de almacenamiento 2620 define un canal interior a traves del cual se extiende al menos una porcion de la tubena de retorno 2660. En una realizacion, el peso 2610 esta dimensionado para moverse dentro de la tubena 2620 y, como tal, tiene una forma que se ajusta generalmente a un volumen interno de la tubena 2620. De acuerdo con una realizacion, los sellos de presion deslizante 2630 estan posicionados sobre el peso 2610 para incluir al menos un espacio entre el peso 2610 y la tubena de almacenamiento 2620. Los sellos 2630 evitan que el fluido presurizado fluya mas alla del sello.
En la configuracion ilustrada en la figura 26, se libera energfa cuando el peso 2610 se mueve en una direccion descendente a lo largo de la tubena 2620. La masa del peso 2610 obliga al lfquido a fluir a traves de la tubena 2620 y a traves de la tubena 2660 en La direccion de las flechas indicadas en la figura 26 en la tubena 2660. El flujo del lfquido impulsa la bomba 2640, lo que hace que el motor/generador 2650 produzca energfa electrica para ser transmitida, por ejemplo, a una red electrica.
De acuerdo con una realizacion adicional, el tanque de presion 2670 se proporciona en un extremo de la tubena de almacenamiento 2620. El tanque de presion 2670 puede contener aire comprimido o un gas adecuado. Como tal, el tanque de presion 2670 permite aumentar la presion absoluta sobre la salida de la turbina, evitando asf la cavitacion y el dano resultante a los componentes de la turbina.
De acuerdo con una realizacion, puede utilizarse la energfa eolica para accionar sistemas que incluyen sistemas tales como el sistema 260 de la figura 26. Con referencia a la figura 27, se muestra una representacion esquematica de una realizacion de un sistema accionado por el viento 270. De acuerdo con esta realizacion, la turbina eolica 2700 acciona una bomba hidraulica 2770 para bombear el fluido hidraulico (por ejemplo, agua) a traves de una manguera de presion 2780 y a la tubena de retorno 2760. La presion del agua obliga al peso 2710 a moverse hacia arriba a lo largo de la tubena de almacenamiento 2720. El uso de la bomba hidraulica 2770 puede ayudar a eliminar las perdidas de eficiencia asociadas con el uso de una bomba electrica (por ejemplo, las perdidas de eficiencia provocadas por la conversion de la energfa eolica en electricidad (para el funcionamiento de la bomba electrica) y despues por la conversion de la electricidad de nuevo en energfa mecanica (en la bomba electrica)). Ademas, la presion de fluido proporcionada por la turbina eolica 2700 a la bomba-turbina 2740 (a traves de la manguera de presion 2780) se puede combinar con la presion de fluido proporcionada desde el peso de almacenamiento en movimiento descendente 2710 hasta la bomba-turbina 2740 (a traves de la tubena de retorno 2760) para accionar la bomba-turbina, haciendo girar asf el motor/generador 2750 y suministrando electricidad, por ejemplo, a una red electrica. Esto ayuda a eliminar la necesidad de un generador acoplado directamente a la torre de la turbina eolica. Debido a que tal generador puede ser pesado y/o costoso, la eliminacion de la necesidad de dicho generador disminuye los requisitos estructurales y/o los costes del sistema.
De acuerdo con otra realizacion, con referencia a la figura 28, puede configurarse un sistema 280 similar al sistema 260 de la figura 26 para su instalacion en un sitio acuatico. De acuerdo con una realizacion, la tubena de almacenamiento 2820 puede estar configurada para descansar sobre el suelo del cuerpo acuatico (por ejemplo, un oceano). Las cuerdas tensoras 2890 (que, de acuerdo con una realizacion, son similares a las lmeas de amarre 1250 de la figura 12) sirven para anclar el sistema al suelo y ayudan a mantener el sistema en una orientacion generalmente vertical. De acuerdo con una realizacion adicional, se proporcionan una o mas camaras de flotacion 2892 en (o cerca) del extremo superior del sistema para ayudar a mantener la orientacion generalmente vertical del sistema. De acuerdo con una realizacion, las camaras de flotacion 2892 son elementos flotantes que son generalmente huecos y que contienen un material que tiene una densidad menor que la del agua. De acuerdo con una realizacion, la camara de flotacion 2892 esta formada de un material ngido y duradero tal como, pero sin limitacion, metal, plastico, un material compuesto o similares. De acuerdo con una realizacion, con referencia a la figura 28, la parte superior del sistema esta situada por encima de la superficie del oceano, por ejemplo, para proporcionar una plataforma sobre la cual se puede soportar una turbina eolica. De acuerdo con otras realizaciones, el sistema puede estar completamente sumergido en el cuerpo acuatico, para reducir la susceptibilidad del sistema a las fuerzas del viento y de las mareas.
Con referencia a la figura 29, se describira ahora un metodo para almacenar energfa de acuerdo con una realizacion. Como se muestra en la etapa 291, un peso de almacenamiento se eleva contra la gravedad desde una primera elevacion a una segunda elevacion durante un periodo valle, cuando la demanda de energfa es menor con respecto a un penodo pico. Como tal, la energfa potencial gravitatoria del peso de almacenamiento se aumenta. Como se muestra en la etapa 292, la energfa potencial gravitatoria del peso
de almacenamiento se mantiene para su liberacion durante un penodo pico. De acuerdo con una realizacion adicional, como se muestra en la etapa 293, la energfa potencial gravitatoria del peso de almacenamiento se libera durante el penodo pico. El peso de almacenamiento se puede bajar con gravedad de manera que se libere su energfa potencial gravitatoria.
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Las realizaciones de la presente invencion estan dirigidas a sistemas de almacenamiento de energfa que pueden servir como suministros de energfa fiables y distribuibles de carga de base, asf como suministros de energfa intermitentes. En realizaciones particulares, los sistemas pueden aprovechar la energfa producida por fuentes renovables, tal como la recogida por colectores solares y turbinas eolicas. De 10 acuerdo con realizaciones de la presente divulgacion, una fraccion significativa de la salida de fuentes solares y/o eolicas se dirige a unidades de almacenamiento de energfa a gran escala, las cuales pueden liberar entonces dicha energfa en un momento posterior (por ejemplo, segun sea necesario).
Aunque ciertas realizaciones que se han descrito anteriormente estan dirigidas a sistemas mediante los 15 cuales se almacena la energfa "valle" para un uso "pico" posterior, las realizaciones de la invencion tambien se dirigen a sistemas para la regulacion de la frecuencia, o la regulacion, de la generacion de energfa. En dichos sistemas, las diferencias entre los niveles de la energfa generados y los niveles de energfa demandados se equilibran para reducir o minimizar dichas diferencias. De acuerdo con dichas realizaciones, la trayectoria a lo largo de la cual puede viajar un peso de almacenamiento (por ejemplo, un 20 peso similar al peso de almacenamiento 202 de la figura 2) puede tener una longitud vertical adecuada tal como, pero sin limitacion, una longitud de aproximadamente 200 metros o mas. En una realizacion particular, la longitud vertical de la trayectoria esta entre aproximadamente 200 metros y 400 metros.

Claims (12)

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    REIVINDICACIONES
    1.Un sistema (230; 240; 250; 260) para almacenar ene^a, comprendiendo el sistema (230; 240; 250; 260):
    al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610);
    una estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) que tiene un volumen interior que contiene un fluido, estando dispuesto el al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) dentro del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) para moverse con gravedad desde una primera posicion de elevacion a una segunda posicion de elevacion dentro del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620), para forzar el fluido a salir de una primera porcion del volumen interior de la estructura de pozo ( 2320; 2420; 2520; 2620) por el movimiento de al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) desde la primera posicion de elevacion a la segunda posicion de elevacion, estando la primera porcion del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) situada en vertical por debajo del al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610);
    una tubena (2360; 2460; 2560; 2660) acoplada en comunicacion de flujo de fluido con la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620), para recibir el fluido forzado fuera de la primera porcion del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) cuando el al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) se mueve desde la primera posicion de elevacion a la segunda posicion de elevacion dentro del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620);
    un generador de energfa electrica (2350; 2450; 2550; 2650) acoplado operativamente con la tubena (2360; 2460; 2560; 2660) para recibir una fuerza motriz procedente del fluido recibido por la tubena (2360; 2460; 2560; 2660) desde la primera porcion del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620), para accionar el generador de energfa electrica (2350; 2450; 2550; 2650) para generar electricidad tras el movimiento de al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) desde la primera posicion de elevacion a la segunda posicion de elevacion; y en el que la tubena (2360; 2460; 2560; 2660) se conecta a una segunda porcion del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620), estando la segunda porcion del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) situada en vertical por encima del al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610); en el que el sistema comprende ademas:
    (a) una bomba o turbina hidraulica (2340; 2440; 2540; 2640) acoplada en comunicacion de fluido con la tubena (2360; 2460; 2560; 2660) y conectada mecanicamente con el generador de energfa electrica (2350; 2450; 2550; 2650), para recibir la presion de fluido desde la tubena (2360; 2460; 2560; 2660) y accionar el generador de energfa electrica (2350; 2450; 2550; 2650) para generar electricidad tras el movimiento de al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) por gravedad desde la primera posicion de elevacion a la segunda posicion de elevacion; o
    (b) una bomba o turbina hidraulica (2340; 2440; 2540; 2640) acoplada en comunicacion de fluido con la tubena (2360; 2460; 2560; 2660) y conectada mecanicamente con el generador de energfa electrica (2350; 2450; 2550; 2650), en el que el generador de energfa electrica (2350; 2450; 2550; 2650) tiene un modo de motor electrico para impulsar la bomba o turbina hidraulica (2340; 2440; 2540; 2640) para forzar el fluido hasta la tubena (2360; 2460; 2560; 2660) y aumentar la presion de fluido en la primera porcion del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) en una cantidad suficiente para mover el al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) de la segunda posicion de elevacion hacia la primera posicion de elevacion; y en el que la tubena (2360; 2460; 2560; 2660) esta acoplada en un extremo a la primera porcion de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) y en un segundo extremo a una bomba o turbina hidraulica (2340; 2440; 2540; 2640).
  2. 2. El sistema (230; 240; 250; 260) de la reivindicacion 1, que comprende ademas una bomba o turbina hidraulica (2340; 2440; 2540; 2640) acoplada en comunicacion fluida con la tubena y conectada mecanicamente con el generador de energfa electrica (2350; 2450; 2550; 2650), en el que la tubena (2360; 2460; 2560; 2660) esta acoplada en un extremo a la primera porcion de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) y en un segundo extremo a la bomba o turbina hidraulica (2340; 2440; 2540; 2640), para transportar la presion de fluido entre la primera porcion de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) y la bomba o turbina hidraulica (2340; 2440; 2540; 2640); o
    que comprende ademas al menos un sello (2330; 2530; 2630) dispuesto para inhibir el flujo fluido a traves del al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610), entre la primera porcion del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) y una segunda porcion del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) que se situa en vertical por encima del al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610).
  3. 3. El sistema (230; 240; 250; 260) de la reivindicacion 1, en el que el al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) comprende un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) que tiene un paso de flujo de fluido que se
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    extiende a traves del cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) y una valvula de fluido (2412) situada dentro del paso para permitir o inhibir selectivamente el flujo de fluido a traves del paso; preferiblemente, en el que la valvula de fluido (2412) esta controlada para que se cierre con el fin de inhibir el flujo de fluido a traves del paso cuando el cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) se mueve con la gravedad desde la segunda posicion de elevacion a la primera posicion; mas preferiblemente,
    en el que la valvula de fluido (2412) esta controlada para que se abra con el fin de permitir que el flujo de fluido a traves del paso cuando el cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) se mantiene en la segunda posicion de elevacion; o,
    en el que la valvula de fluido (2412) esta controlada para que se abra con el fin de permitir que el flujo de fluido a traves del paso cuando el cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) se mantiene en la segunda posicion de elevacion.
  4. 4. Un sistema (230; 240; 250; 260) como se indica en la reivindicacion 1, en el que el generador de energfa electrica (2350; 2450; 2550; 2650) se dispone en una tercera posicion de elevacion que es mas elevada que la segunda posicion de elevacion; o,
    en el que el generador de energfa electrica (2350; 2450; 2550; 2650) se dispone en una tercera posicion de elevacion que es mas elevada que la primera posicion de elevacion.
  5. 5. Un sistema (230; 240; 250; 260) para almacenar la energfa de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) comprende una pluralidad de cuerpos, y
    en el que el sistema comprende ademas una estructura para suspender cada uno de los cuerpos y liberar selectivamente los cuerpos para un movimiento individual con gravedad desde la primera posicion de elevacion a la segunda posicion de elevacion.
  6. 6. El sistema (230; 240; 250; 260) de la reivindicacion 5, en el que la estructura de suspension comprende una pluralidad de cierres (902), siendo cada uno de los cierres (902) configurable selectivamente para acoplarse con uno de los cuerpos (2310; 2410; 2510; 2610); o
    en el que la tubena (2360; 2460; 2560; 2660) esta acoplada en un extremo a la primera porcion de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) y en un segundo extremo a una bomba o turbina hidraulica (2340; 2440; 2540; 2640).
  7. 7. El sistema (230; 240; 250; 260) de la reivindicacion 5, que comprende ademas una bomba o turbina hidraulica (2340; 2440; 2540; 2640) acoplada en comunicacion fluida con la tubena y conectada mecanicamente con el generador de energfa electrica (2350; 2450; 2550; 2650), en el que la tubena (2360; 2460; 2560; 2660) esta acoplada en un extremo a la primera porcion de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) y en un segundo extremo a la bomba o turbina hidraulica (2340; 2440; 2540; 2640), para transportar la presion de fluido entre la primera porcion de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) y la bomba o turbina hidraulica (2340; 2440; 2540; 2640).
  8. 8. El sistema (230; 240; 250; 260) de la reivindicacion 5 que comprende ademas al menos un sello (2330; 2530; 2630) dispuesto para inhibir el flujo fluido a traves del al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610), entre la primera porcion del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) y una segunda porcion del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) que se situa en vertical por encima del al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610).
  9. 9. El sistema (230; 240; 250; 260) de la reivindicacion 5, en el que la segunda porcion de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) que esta situada en vertical por encima del al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610), esta en comunicacion de flujo de fluido con la tubena (2360; 2460; 2560; 2660); preferiblemente,
    que comprende ademas una turbina de bombeo (2340; 2440; 2540; 2640) dispuesta en comunicacion de flujo de fluido entre la segunda porcion de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) y la tubena (2360; 2460; 2560; 2660); mas preferiblemente,
    en el que el generador de energfa electrica (2350; 2450; 2550; 2650) esta acoplado operativamente a la turbina de bombeo (2340; 2440; 2540; 2640) para accionar selectivamente la turbina de bombeo (2340; 2440; 2540; 2640).
  10. 10. Un sistema (230; 240; 250; 260) de la reivindicacion 5, en el que cada cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) incluye un paso de flujo de fluido a traves del cual fluye el fluido cuando el cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) esta suspendido, incluyendo el sistema ademas una valvula (2412) asociada con el paso de flujo de fluido de cada cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) para abrir y cerrar selectivamente el paso de flujo de fluido; preferiblemente,
    en el que la valvula (2412) se opera para abrir selectivamente el paso de flujo de fluido de uno de los cuerpos (2310; 2410; 2510; 2610) cuando el cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) esta suspendido estacionario y para cerrar selectivamente el paso de flujo de fluido del cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) cuando el cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) se libera para moverse de la primera posicion de elevacion a la segunda posicion de elevacion.
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    50
    55
  11. 11. Un metodo para almacenar ene^a, comprendiendo el metodo:
    disponer al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) dentro de un volumen interior de un recipiente de fluido (2320; 2420; 2520; 2620) para el movimiento con gravedad dentro del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) de una primera posicion de elevacion a una segunda posicion de elevacion, para forzar al fluido a salir de una primera porcion del volumen interior del recipiente de fluido (2320; 2420; 2520; 2620) por el movimiento del al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) de la primera posicion de elevacion a la segunda posicion de elevacion, estando la primera porcion del volumen interior del recipiente de fluido (2320; 2420; 2520; 2620) situada en vertical por debajo del al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610);
    acoplar una tubena (2360; 2460; 2560; 2660) en comunicacion de flujo de fluido con la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620), para recibir el fluido forzado fuera de la primera porcion del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) cuando el al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) se mueve desde la primera posicion de elevacion a la segunda posicion de elevacion dentro del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620); acoplar un generador de energfa electrica (2350; 2450; 2550; 2650) con la tubena para recibir una fuerza motriz procedente del fluido recibido por la tubena (2360; 2460; 2560; 2660) desde la primera porcion del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620), para accionar el generador de energfa electrica (2350; 2450; 2550; 2650) para generar electricidad tras el movimiento de al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) desde la primera posicion de elevacion a la segunda posicion de elevacion; y
    acoplar una bomba (2340; 2440; 2540; 2640) en comunicacion de flujo de fluido con la tubena (2360; 2460; 2560; 2660), para mover de forma controlable el al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) contra la gravedad de la segunda posicion de elevacion a la primera posicion de elevacion para aumentar la energfa potencial gravitatoria del al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610);
    comprendiendo el metodo ademas:
    (a) acoplar una bomba o turbina hidraulica (2340; 2440; 2540; 2640) en comunicacion de fluido con la tubena (2360; 2460; 2560; 2660) y con el generador de energfa electrica (2350; 2450; 2550; 2650), para recibir la presion de fluido desde la tubena (2360; 2460; 2560; 2660) y accionar el generador de energfa electrica (2350; 2450; 2550; 2650) para generar electricidad tras el movimiento de al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) por gravedad desde la primera posicion de elevacion a la segunda posicion de elevacion; o
    (b) acoplar una bomba o turbina hidraulica (2340; 2440; 2540; 2640) en comunicacion de fluido con la tubena (2360; 2460; 2560; 2660) y con el generador de energfa electrica (2350; 2450; 2550; 2650); y dotar al generador de energfa electrica (2350; 2450; 2550; 2650) de un modo de motor electrico para impulsar la bomba o turbina hidraulica (2340; 2440; 2540; 2640) para forzar el fluido hasta la tubena (2360; 2460; 2560; 2660) y aumentar la presion de fluido en la primera porcion del volumen interior de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) en una cantidad suficiente para mover el al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) de la segunda posicion de elevacion hacia la primera posicion de elevacion;
    en el que la tubena (2360; 2460; 2560; 2660) esta acoplada en un extremo a la primera porcion de la estructura de pozo (2320; 2420; 2520; 2620) y en un segundo extremo a una bomba o turbina hidraulica (2340; 2440; 2540; 2640).
  12. 12. El metodo de la reivindicacion 11,
    en el que el al menos un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) comprende un cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) que tiene un paso de flujo de fluido que se extiende a traves del cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) y una valvula de fluido (2412) situada dentro del paso para permitir o inhibir selectivamente el flujo de fluido a traves del paso; preferiblemente,
    que comprende ademas configurar la valvula de fluido (2412) para que se cierre con el fin de inhibir el flujo de fluido a traves del paso cuando el cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) se mueve con la gravedad de la segunda posicion de elevacion a la primera posicion de elevacion, para que se abra con el fin de permitir el flujo de fluido a traves del paso cuando el cuerpo (2310; 2410; 2510; 2610) se mantiene en la segunda posicion de elevacion.
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