ES2966232T3 - Sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica para medio acuático y subacuático - Google Patents
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Abstract
Sistema de generación y almacenamiento de energía eléctrica para un medio acuático, que comprende: - una pluralidad de pesos (135), unidos a una plataforma submarina PAP (131) posicionada a una profundidad suficiente para evitar las corrientes superficiales y los efectos del mal tiempo - un ascendedor - generador (100), dispuesto en conjunto con las pesas (135) y colocado de tal manera que permita, en modo generador, dichas pesas descender hacia la zona inferior (126) y, en modo motor, dichas pesas para subir de nuevo hacia la superficie (125); - una plataforma submarina principal situada a una profundidad suficiente para evitar las corrientes superficiales y los efectos del mal tiempo (101), capaz de soportar bajo la superficie la porción superior del ascendedor - generador (100); - un motor reversible (102) colaborador del ascendedor - generador (100) y en modo generador permitiendo la producción de energía eléctrica gracias a la acción de las pesas (135) a medida que descienden y, en modo motor, permitiendo el accionamiento del ascendedor - generador (100) para hacer que los pesos (135) vuelvan a subir. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica para medio acuático y subacuático
Campo técnico de la invención
La presente invención se refiere a un dispositivo de almacenamiento y producción de energía en medio acuático, en particular subacuático.
Estado de la técnica anterior
El documento US 2012 112472 A1 describe un sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica según el preámbulo de la reivindicación 1.
El documento de patente WO2015114440 describe la técnica anterior y propone un sistema de este tipo que incluye una plataforma flotante en la superficie de un cuerpo de agua (lago o mar), equipada con un sistema de ascensor que permite subir y bajar pesos uno por uno, con el fin de almacenar y generar electricidad a través de un motor/generador eléctrico. Los pesos se almacenan en una posición alta al estar sujetos a uno o varios flotadores, al menos parte de los cuales se encuentra en la superficie cuando los pesos se almacenan en una posición alta. En posición baja, los pesos son depositados en el fondo del cuerpo de agua. Antes y después de ser impulsado por o de impulsar el sistema de ascensor, los pesos pueden ser enganchados y luego desenganchados del sistema de ascensor mediante el uso de robots submarinos equipados con un brazo articulado.
La plataforma y al menos una parte del componente flotante de los pesos están posicionados en la superficie, lo que los expone a los vientos y corrientes superficiales, lo que genera costes muy altos de anclaje y estabilización, especialmente si el sistema debe ser dimensionado para resistir fuertes tormentas y oleaje intenso.
Cuando el mar está agitado, los movimientos que experimentará la plataforma y, en menor medida, los pesos almacenados en posición alta, especialmente los movimientos de oscilación vertical, pueden afectar al sistema de ascensor, en particular al cable y perturbar las operaciones de enganche y desenganche de los pesos al cable del sistema de ascensor. Los movimientos oscilatorios verticales de los pesos enganchados al sistema de ascensor también pueden evitar que los pesos se depositen delicadamente en el fondo del cuerpo de agua y, por lo tanto, generar costes más altos de dichos pesos o reducir su vida útil.
La presente invención propone, entre otras cosas, mitigar o eliminar la exposición al viento y a la corriente superficial de la plataforma y de los pesos almacenados en posición alta, y mitigar o eliminar los movimientos de la plataforma y su repercusión en las operaciones de enganche, desenganche y depósito de los pesos en el fondo del cuerpo de agua.
Según la invención, los pesos en la posición alta de almacenamiento de energía y la plataforma del ascensor se estabilizan a una profundidad tal que el efecto del viento y las corrientes se reduce considerablemente.
Exposición de la invención
En primer lugar, un primer objetivo de la invención consiste en proporcionar un sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica que permita hacer frente a los picos de consumo de energía eléctrica alternando con un consumo bajo.
Otro objetivo de la invención es proporcionar un sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica en grandes cantidades.
Otro objetivo de la invención es proporcionar un sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica autónomo que funcione según la demanda en función de los picos de consumo.
Otro objetivo de la invención es proporcionar una solución que utilice el espacio disponible de la manera más ecológica posible y que esté protegida de las inclemencias del tiempo.
Para ello, la invención prevé un sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica para medio acuático según el objeto de la reivindicación 1.
Según una modalidad ventajosa, el sistema comprende:
- una pluralidad de pesos, cuya densidad es mayor que la del agua.
- un ascensor-generador, dispuesto en cooperación con los pesos y colocado para permitir, en modo generador, el descenso en la zona de fondo de dichos pesos.
y, en modo motor, de subir hacia la superficie dichos pesos;
- una plataforma, capaz de soportar la parte superior del ascensor-generador cuando se carga o descarga de peso (135). Esta plataforma se llamará PAG en el resto de esta descripción (Plataforma de Ascensor Generador). - cables de anclaje que conectan la plataforma PAG al fondo del cuerpo de agua y ejercen una fuerza sobre la plataforma hacia abajo, permitiendo mantener la plataforma a una profundidad suficiente debajo de la superficie y evitando que suba hasta el nivel de la superficie.
- flotadores fijados a la plataforma PAG, que ejercen una fuerza hacia arriba, opuesta a los cables de anclaje y que permiten mantener la plataforma a la profundidad deseada y evitar que se hunda, especialmente cuando el ascensor está cargado con peso.
- Una segunda plataforma que permite suspender los pesos cuando estos deben ser almacenados en posición alta. Esta plataforma se llamará PAP en el resto de esta descripción (plataforma de enganche de pesos). Esta plataforma PAP se encuentra debajo de la superficie y se mantiene a una profundidad determinada cerca de la plataforma del ascensor PAG.
- cables de anclaje que conectan la plataforma PAP al fondo del cuerpo de agua permiten mantenerla a una profundidad suficiente debajo de la superficie del cuerpo de agua.
- flotadores fijados a la plataforma PAP o incluidos en dicha plataforma, le permiten evitar que se hunda, especialmente cuando está cargada con peso que está enganchado de ella. Estos flotadores pueden estar hechos de un depósito flexible de gas o de un depósito rígido lleno de agua o gas. Estos flotadores están equipados con orificios que permiten inyectar o evacuar gas o agua desde un medio como un compresor, de manera que sea posible modificar el volumen de gas que contienen y, por lo tanto, su capacidad de flotación. Esta característica permite adaptar constantemente la capacidad de flotación de la plataforma PAP en función del número de pesos que se le enganchen, reduciendo así el grosor y el coste de los cables de anclaje que conectan la plataforma PAP al lecho marino.
- un motor reversible o un motor y un generador eléctrico, que trabajan en conjunto con el ascensor-generador y permiten, en modo generador, la producción de energía eléctrica mediante la acción de los pesos durante su descenso, y, en modo motor, el accionamiento del ascensor para realizar un ascenso de los pesos.
Según esta arquitectura, la invención propone una solución a la demanda que permite gestionar los picos de consumo eléctrico así como los periodos de menor demanda.
Según una modalidad ventajosa, el sistema cuenta con un motor reversible o un motor y un generador, montados en la plataforma del ascensor (PAG), que colabora con la parte superior del ascensor-generador.
Según otra modalidad ventajosa, el ascensor-generador está compuesto por un conjunto de poleas que accionan una correa entre la plataforma PAG y el fondo del cuerpo de agua.
Según otra modalidad ventajosa, el conjunto de poleas incluye una o varias poleas cercanas a la superficie (203) soportadas por la plataforma PAG y una o varias poleas de fondo.
Según otra modalidad ventajosa, las poleas soportadas por la plataforma PAG, en particular la polea de superficie (103), cooperan mecánicamente con el motor reversible a través de una transmisión.
Según otra modalidad ventajosa, el ascensor-generador está constituido por un cabrestante soportado por la plataforma PAG, un cable de cabrestante y al menos un gancho.
De manera ventajosa, el cabrestante coopera mecánicamente con el motor reversible a través de una transmisión. Además, de manera ventajosa, los pesos tienen una forma sensiblemente alargada.
Además, de manera ventajosa, cada uno de los flotadores de la plataforma PAP tiene un control de gestión de los flujos de fluidos de la cantidad de aire y agua en cooperación fluídica con el interior del depósito y el exterior de la plataforma.
Según una modalidad, la barcaza (plataforma flotante) que comprende el compresor también puede estar posicionada a varias decenas de metros bajo la superficie del agua y estar conectada a la atmósfera mediante un conducto cuyo extremo flota en la superficie; o conectada a un depósito de aire que puede estar en la superficie o bajo la superficie.
Descripción de las figuras
Todos los detalles de realización se proporcionan en la descripción que sigue, complementada por las figuras 1 a 19, presentadas únicamente a modo de ejemplos no limitativos, y en las cuales:
- La Figura 1 es una representación esquemática de un primer ejemplo de realización de un sistema de almacenamiento y generación de energía en medio acuático según la invención implementada por un sistema que comprende una plataforma de ascensor (PAG) posicionada varias decenas de metros bajo la superficie y provista de un cable con un gancho en cada extremo y una plataforma de enganche de peso (PAP) separada de la plataforma PAG y suspendida de una pluralidad de flotadores flexibles, dicha plataforma PAP también está posicionada varias decenas de metros bajo la superficie. La Figura 1 también muestra una barcaza en la superficie que incluye especialmente un compresor.
La profundidad de algunas decenas de metros, de las plataformas PAP y PAG, se proporciona a título indicativo, pudiendo ser igual o superior a cero.
- La Figura 2 es una representación esquemática detallada de la plataforma de enganche de pesos PAP que se muestra en la Figura 1; incluye, en particular, cabrestantes fijados a los cables de anclaje y muestra los conductos de gas comprimido que permiten inyectar o evacuar gas en los flotadores flexibles.
La Figura 3 es una representación esquemática de un ejemplo de realización de una plataforma PAP que comprende flotadores en forma de lastre que pueden llenarse de agua o aire.
La Figura 4 es una representación esquemática de un ejemplo de realización de una plataforma PAP que comprende flotadores flexibles fijados a la plataforma mediante cables de longitud variable, lo que permite variar la profundidad y, por lo tanto, el volumen de dichos flotadores según sea necesario.
La Figura 5 es una representación esquemática de un ejemplo de realización de una plataforma PAP que comprende flotadores en forma de lastre fijados a dicha plataforma por cables de longitud variable, lo que permite variar la profundidad y, por lo tanto, el volumen de dichos flotadores según sea necesario.
La Figura 6 ilustra otra modalidad en la cual la plataforma PAG está integrada a la plataforma PAP. La plataforma PAG se representa como capaz de moverse a lo largo de un eje en un riel integrado en la plataforma PAP. La Figura 7 ilustra otra modalidad en la cual dos plataformas PAG están integradas en una plataforma PAP. La Figura 8 muestra un conjunto de cables de anclaje en forma de tirantes de fijación fijados a la plataforma en diferentes puntos a lo largo de dicha plataforma.
La Figura 9 ilustra otra modalidad de la plataforma de ascensor PAG en la cual el cable principal está conectado a una polea posicionada cerca del fondo del cuerpo de agua.
La Figura 10 muestra otra modalidad de la plataforma de ascensor PAG en la cual el cable principal está conectado a una polea fijada en un carro colocado en el fondo del cuerpo de agua.
La Figura 11 es una representación esquemática detallada del carro vista de perfil.
La Figura 12 es una representación esquemática detallada del carro vista de frente.
La Figura 13 es una representación esquemática detallada de la plataforma de ascensor PAG equipada con una polea posicionada cerca del fondo marino y su sistema de compensación de longitud de cable que incluye poleas motrices, poleas de retorno y un cabrestante.
La Figura 14 es una representación esquemática detallada de la plataforma de ascensor PAG equipada con un cable con gancho en ambos extremos y su sistema de compensación de longitud de cable que incluye poleas motrices, poleas de retorno y un cabrestante.
La Figura 20 ilustra una variante del sistema de ascensor generador.
La Figura 15 ilustra una modalidad de los ganchos que permiten controlar los movimientos giratorios y transversales de dicho gancho mediante un conjunto de propulsores.
La Figura 16 ilustra una modalidad de los ganchos que permiten controlar los movimientos giratorios de dicho gancho mediante un conjunto de alerones.
La Figura 17 ilustra una modalidad de los ganchos que comprenden al menos dos aparejos a cada lado del gancho, lo que permite utilizar al menos dos cables cuyas direcciones de enrollamiento de los cables trenzados son opuestas.
La Figura 18 ilustra una forma ventajosa de conectar los dos cables presentados en la Figura 17, de tal manera que pasen por juegos de poleas distintos a nivel de la plataforma PAG. Las mencionadas poleas son poleas motrices y poleas de retorno. La Figura 18 no muestra los posibles acoplamientos que se pueden utilizar entre las poleas motrices.
La Figura 19 es una representación esquemática de cables secundarios, donde cada extremo está fijado a cada uno de los dos ganchos y pasa a través de poleas de retorno fijadas en el fondo marino y a flotadores.
La Figura 20 ilustra una variante del sistema de ascensor generador.
Descripción detallada de la invención
La Figura 1 ilustra una primera modalidad de un sistema de almacenamiento de energía eléctrica para medio marino y submarino según la invención, en el cual la energía potencial se almacena mediante una pluralidad de pesos sumergidos (135), que al descender hacia el fondo del cuerpo de agua (126), accionan un generador para producir energía eléctrica. Esta energía se produce de manera ventajosa durante períodos de alta demanda de una red principal conectada al sistema de la invención, para aliviar a la red principal de la producción de energía. Por el contrario, cuando hay un exceso de electricidad disponible en la red, el sistema funciona en modo motor, subiendo los pesos (137) uno a uno desde el fondo del cuerpo de agua hasta una altura por debajo de la superficie.
El sistema cuenta ventajosamente con una gran cantidad de pesos, lo que permite transformar la energía de manera repetida (o continua), de forma sostenible.
El sistema ilustrado comprende una plataforma principal PAG (101) que incluye flotadores no mostrados en la figura. Esta plataforma PAG está estabilizada debajo de la superficie (125) mediante cables de anclaje (106). La plataforma PAG se encuentra a una profundidad de varias decenas de metros para minimizar su exposición a las corrientes superficiales. Esta plataforma incluye un sistema de ascensor generador que consiste en un cable (104) provisto en cada extremo de al menos un gancho (105) y que pasa a través de poleas de retorno (103) y poleas motrices. Las poleas motrices están acopladas a un motor y un generador eléctrico a través de un reductor de torques, un sistema de embrague y una caja de cambios. El conjunto (102) representado en la Figura 1, comprende el motor, el generador, el reductor, el embrague, la caja de cambios y las poleas motrices.
El motor puede ser reversible y funcionar en modo generador, en este caso no se necesita un generador. El motor y el generador están conectados por cables eléctricos (123) a una plataforma flotante (120) ubicada en la superficie (125). El flujo de corriente eléctrica puede ser transformado luego en un nivel de tensión diferente mediante un transformador o ser convertido de corriente continua a corriente alterna o viceversa mediante un convertidor. El transformador y el convertidor se presentan en (122) en la figura. Un cable eléctrico conecta la plataforma (120) a la red eléctrica a través de un cable eléctrico submarino (124).
El sistema también incluye una plataforma de enganche PAP (131) que permite enganchar los pesos cuando están almacenados en posición alta. Esta plataforma está ubicada cerca de la plataforma de ascensor generador, en particular, para enganchar un peso al ascensor generador antes de desenganchar dichos pesos de la plataforma PAP en la fase de producción de electricidad, y viceversa en la fase de almacenamiento. Estas operaciones que permiten enganchar o desenganchar los pesos de la plataforma PAP o del cable del ascensor pueden realizarse ventajosamente mediante eslingas o una pluralidad de eslingas disponibles para cada peso.
La plataforma de enganche PAP comprende una pluralidad de flotadores (132) cuyo volumen variable permite ajustar constantemente la capacidad de flotación de dicha plataforma PAP al número de pesos que están enganchados a ella. Los flotadores pueden ser llenados (132) o vaciados (133) de gas a través de un conjunto de conductos de gas comprimido conectados a un compresor (121) ubicado en la plataforma flotante (120). Los pesos en posición alta (135) están enganchados a la plataforma PAP mediante un cable de enganche (134).
La plataforma de enganche PAP está estabilizada y conectada al fondo del cuerpo de agua a través de cables de anclaje (136).
La Figura 2 ilustra de manera más detallada la plataforma de enganche PAP de peso. Ella hace aparecer los cabrestantes (201) conectados a los cables de anclaje (136). Estos cabrestantes tienen la función de ajustar la posición horizontal de la plataforma PAP cuando sea necesario, especialmente para colocarse con precisión sobre el lugar de sujeción en la plataforma de enganche PAP y el lugar de depósito de los pesos.
Estos cabrestantes también permiten ajustar la profundidad de la plataforma PAP.
Al menos un conducto (205) por flotador (132, 133) realiza la conexión entre cada flotador y un dispositivo (202) que permite conectar selectivamente dichos conductos al conducto principal (127).
La Figura 2 también muestra de manera detallada el dispositivo de enganche de los pesos. Este incluye el cable de enganche (134) en el que se posicionan flotadores (203) para reducir el peso relativo de dichos cables y facilitar su manipulación, así como la de los ganchos (204) por parte de robots submarinos del tipo ROV o "Remotely Operated Vehicle", en español "vehículo teledirigido" (207). Un dispositivo de enganche (206), que puede tomar la forma de un anillo, permite enganchar el peso (135) en el gancho (204). En una variante, las eslingas no mostradas en la Figura 2 pueden conectar el peso (135) al dispositivo de enganche (206). Varias eslingas y dispositivos de enganche (206) pueden ser fijados en cada peso (135). Todas las eslingas pueden estar equipadas con flotadores para reducir la masa relativa de dichas eslingas y facilitar su manipulación por los ROV (207). También varias eslingas pueden ser fijadas entre los ganchos (105) y el cable de ascensor (104).
La Figura 3 ilustra una variante de la plataforma de enganche (PAP) presentada en las Figuras 1 y 2. Los flotadores están constituidos por lastres que pueden ser llenados (302) o vaciados (301) de un volumen de agua a través de un orificio ubicado en su parte inferior y que conecta el interior de estos lastres con el exterior del sistema. El llenado o vaciado de estos lastres puede realizarse ventajosamente mediante la inyección de gas comprimido a través de un orificio y una válvula ubicados en la parte superior y conectados a través de uno o varios conductos (205) a un compresor ubicado en la superficie de manera similar a la mostrada en las Figuras 1 y 2.
La Figura 4 ilustra una variante de la plataforma de enganche (PAP) presentada en las Figuras 1, 2 y 3. Cada flotador está enganchado directamente a un peso a través de cables (401) que pasan a través de un orificio (404) que atraviesa la plataforma de arriba abajo. Este orificio está equipado con un mecanismo de bloqueo del cable que puede ser controlado a distancia, de tal manera que cuando se desengancha un peso de la plataforma PAP, el cable (401) puede ser bloqueado y unido a la plataforma en un punto más cercano al flotador. Al estar posicionado a una mayor profundidad y debido a la mayor presión, el volumen del flotador flexible se reducirá (403) y ejercerá una fuerza ascendente más débil para compensar la falta de peso. Ventajosamente, el mecanismo de bloqueo del cable puede ser similar a los frenos convencionales utilizados en ascensores, montacargas, grúas o teleféricos. Según una modalidad no exclusiva, cada uno de estos mecanismos puede ser accionado de forma selectiva y con una amplitud variable e impulsado por una fuerza eléctrica electromagnética, hidráulica o neumática transmitida a través de un circuito (406) conectado a un dispositivo de distribución, control y comando (405).
La Figura 5 representa una variante del sistema presentado en la Figura 4. Los flotadores están compuestos por lastres donde el volumen de agua que contienen varía con la profundidad y, por lo tanto, la presión externa. Según si los pesos se enganchan o desenganchan de la plataforma PAP, el volumen de aire contenido en estos lastres será respectivamente significativo (502) o reducido (503). En consecuencia, su poder flotante disminuirá cuando estén unidos a la plataforma PAP a una mayor profundidad.
Las Figuras 4 y 5 representan variantes en las que no es necesario inyectar gas comprimido a través de un compresor. La invención comprende otras variantes que pueden combinar simultáneamente las variantes presentadas en la Figura 2, 3, 4 y 5.
La Figura 6 ilustra una variante de la invención en la que la plataforma de ascensor generador PAG (605) está unida a la plataforma de enganche de pesos PAP (601) por medio de un sistema de rieles (606) u otro medio que permita que la plataforma de ascenso PAG se mueva sobre la plataforma de enganche PAP en uno o dos ejes. Tales medios pueden incluir (pero no de forma limitativa) sistemas similares a los utilizados en polipastos montados en puentes grúa, un carro que se desplaza a lo largo de un riel, o mediante cabrestantes.
Los alerones móviles (603) y los propulsores de hélice (604) pueden estar posicionados alrededor de la plataforma PAP para facilitar su estabilización cuando dicha plataforma se encuentra en una zona afectada por corrientes submarinas.
La Figura 7 ilustra una variante del sistema presentado en la Figura 6. Dos plataformas de ascensor PAG (701 y 702) equipan una única plataforma de enganche PAP.
La invención también prevé variantes en las que una plataforma de enganche (PAP) puede incluir más de dos plataformas de ascensor PAG, o en las que se pueden utilizar varias plataformas de enganche PAP para una sola plataforma de ascensor PAG.
La invención también prevé variantes en las que la plataforma de enganche PAP está ubicada en la superficie con una plataforma de ascensor PAG ubicada debajo de la superficie o, por el contrario, una plataforma de ascensor PAG ubicada en la superficie y una plataforma de enganche PAP ubicada debajo de la superficie. En el caso de que la plataforma de enganche<p>A<p>esté situada en la superficie, al menos una parte de los componentes flotantes de dicho conjunto se encuentran en la superficie, tal como se describe en el documento de patente WO2015114440. La Figura 8 representa un dispositivo de cables de anclaje a tirantes de fijación (801) que permite recuperar las fuerzas de tracción descendentes en diferentes puntos de la plataforma PAP y así reducir las fuerzas de flexión en dicha plataforma y equilibrar aún más las fuerzas de los cables de anclaje con las fuerzas ejercidas por los flotadores.
La Figura 9 ilustra una variante del sistema de ascensor generado. En este sistema, el cable (902) del ascensor está cerrado y pasa a través de una polea de retorno (905) ubicada cerca del fondo del cuerpo de agua. El cable está tensado gracias a un peso (906) fijado a la polea. Dos ganchos (903, 904) fijados al cable permiten colgar los pesos (137) que serán bajados uno a uno y luego subidos uno a uno desde el fondo del cuerpo de agua.
En el fondo marino se sitúan cabrestantes (907) para adaptar la longitud de los cables de anclaje y facilitar los movimientos de la plataforma del ascensor PAG.
Los propulsores de hélice, no mostrados en la figura, pueden ser fijados a la plataforma del ascensor PAG o al nivel del peso (906) para hacer su posicionamiento más preciso.
La Figura 10 muestra una variante del sistema ilustrado en la Figura 9. La polea de retorno (905) está fijada a un chasis móvil (1001) montado sobre ruedas motrices u orugas y permite mejorar la precisión de la colocación de los pesos (en la fase de producción de electricidad) o la captura de los pesos (en la fase de almacenamiento de energía) en el fondo marino.
La Figura 11 muestra en vista lateral, de manera más detallada, el carro y muestra ruedas (1102) que permiten guiar el peso alrededor de la polea de retorno sin entrar en contacto con dicha polea. Las ruedas 1102 están ventajosamente revestidas en su superficie con materiales flexibles y resistentes. La figura presenta un carro montado sobre ruedas (1101). La invención también prevé variantes en las que el carro está montado sobre orugas o ruedas colocadas sobre rieles.
La figura también muestra eslingas fijas (1103) que conectan el peso (135) al gancho (904). Tales eslingas no mostradas en las demás figuras pueden estar fijadas de forma permanente a cada uno de los pesos incluidos en el sistema.
La Figura 12 muestra el carro en vista frontal del carro ilustrado de perfil en la Figura 11.
La Figura 13 muestra un mecanismo que permite variar la longitud del cable del ascensor entre la plataforma PAG (101) y la polea de retorno (905). Este sistema permite adaptar la longitud del cable necesario cuando la plataforma PAG no está posicionada verticalmente desde el punto de depósito y recogida de pesos en el fondo marino, por ejemplo cuando las corrientes submarinas generan oblicuidad o curvatura en el cable del ascensor o para compensar el fenómeno de elongación o contracción que experimenta el cable cuando se carga o descarga un peso, respectivamente. Este sistema incluye especialmente un cabrestante (1304) conectado a una polea de retorno (1302) tensada por un peso (1301) dispuesto de manera que el cable del ascensor pase a través de todas las poleas motrices (1306), a través de poleas de retorno ubicadas en la plataforma PAG (1305) y a través de una polea de retorno (1302) ubicada en el peso (1301).
La Figura 14 muestra un mecanismo que permite variar la longitud del cable de un ascensor según una variante que incluye un cable y dos polipastos (1401, 1402).
La Figura 15 muestra una variante en la que los ganchos (105) están unidos al cable del ascensor (104) a través de una unidad de posicionamiento (1502) y propulsores (1501) que permiten orientar la posición del gancho para controlar sus movimientos giratorios y sus movimientos de traslación horizontales. La unidad de posicionamiento puede incluir sistemas de control de posición como giroscopios, brújulas, cámaras, medidores de profundidad y sonar, y sistemas de alimentación como baterías o cables eléctricos de alimentación (1504) conectados a una estación de distribución de electricidad no mostrada en la figura y que puede estar en la superficie, debajo de la superficie o en el fondo del cuerpo de agua.
La Figura 16 muestra una variante del sistema presentado en la Figura 15, en la cual el mecanismo de control del movimiento giratorio es realizado por alerones (1601) durante las fases ascendentes o descendentes.
La invención puede comprender una combinación de los sistemas presentados en la Figura 15 y 16.
La Figura 17 muestra una variante en la que el gancho (105) está soportado por dos polipastos (1701, 1702) posicionados a ambos lados de una viga (1703) alrededor del eje del gancho.
Los polipastos pueden ser recorridos por cables cuya dirección de enrollado de los cables trenzados está invertida y reducir así el efecto giratorio global en el gancho, incluso a profundidades muy grandes como las profundidades oceánicas (4000 metros).
La Figura 18 muestra juegos de poleas distintos (1801, 1802) para cada uno de los dos polipastos presentados en la Figura 17. Los conjuntos de poleas motrices (1803 y 1804) pueden estar acoplados al mismo reductor, al mismo motor y al mismo generador eléctrico.
La Figura 19 ilustra un mecanismo compuesto por poleas de retorno (1902, 1903) y flotadores (1902) que permiten orientar transversalmente el movimiento de los ganchos del ascensor mediante la tensión de cables (1904) a ambos lados de cada gancho.
Estos cables permiten limitar los movimientos giratorios de los ganchos y compensar parcialmente la variación del peso de la porción de cable de ascensor en un polipasto durante la duración de un ciclo de ascenso o descenso y, en consecuencia, limitar las variaciones de la relación torque/potencia ejercida en el motor y el generador eléctrico. La Figura 20 ilustra una variante del sistema de ascensor generador. En este sistema, cada gancho (105) está suspendido de una viga (2201) fijada a dos elementos de cable (2202 y 2203). Cada elemento de cable pasa en su parte inferior por una polea de retorno inferior (2001) y en su parte superior por una polea de retorno superior (2004) ubicada en la plataforma (101). Entre las poleas de retorno superiores, los elementos de cable pasan a través de juegos de poleas motrices (2002) conectadas a una caja de engranajes (2006) mostrada en la Figura 21. Un sistema como este evita que las masas (135) entren en contacto con las poleas inferiores cuando se acercan al fondo marino. También permite evitar el uso del sistema de ruedas (1102) como se muestra en la Figura 11. Los elementos de cable 2202 y 2203 forman parte de un único cable del cual está suspendido el segundo gancho a través de una segunda viga (2204).
La Figura 21 ilustra una forma ventajosa de resolver el problema de desequilibrio de la viga (2201) cuando los cables (2202 y 2203) sufren un desplazamiento. Un desplazamiento de este tipo, ilustrado en la Figura 22, puede ocurrir debido al deslizamiento accidental del cable en los juegos de poleas motrices (2005). Su efecto es potencialmente significativo debido a la altura total del ascensor generador, diseñado para funcionar en desniveles de varios miles de metros. Cuando ocurre este fenómeno, el cable cuyo punto de unión con la viga (2201) es el más alto ejerce una fuerza mayor sobre su conjunto de poleas motrices (2005). Los dos juegos de poleas motrices experimentan, por lo tanto, un torque diferente. Según esta variante, los dos juegos de poleas están conectados a un motor generador (2103) a través de una caja de engranajes de ángulo de retorno (2101) y un engranaje diferencial (2102) que permite corregir la desviación.
Números de referencia utilizados en las figuras:
101 Plataforma (PAG) que soporta el ascensor generador
102 Conjunto motor generador reductor embrague
103 Polea de retorno
104 Cable del ascensor generador
106 Cable de anclaje (de la plataforma PAG)
120 Plataforma flotante
122 Transformador convertidor eléctrico
123 Cable eléctrico entre PAG (106) y plataforma flotante
124 Cable eléctrico entre la plataforma flotante (120) y la red eléctrica
125 Superficie del cuerpo de agua
126 Fondo del cuerpo de agua
127 Conducto principal
131 Plataforma (PAP) de enganche de pesos
132 Flotador flexible lleno
133 Flotador flexible vacío
134 Cable de enganche de las masas (135)
135 Peso (en posición alta)
136 Cable de anclaje de la plataforma PAP
137 Pesos (en posición baja)
201 Cabrestantes que conectan PAP y los cables de anclaje
205 Conducto de gas comprimido
202 Dispositivo de distribución de gas comprimido
203 Flotador de cable de anclaje
204 Gancho de cable de anclaje
207 Robot submarino ROV
301 Lastre vacío
302 Lastre lleno
401 Cable de enganche deslizante
402 Flotador flexible lleno enganchado al cable deslizante
403 Flotador flexible vacío enganchado al cable deslizante
404 Orificio de paso del cable deslizante 401
405 Dispositivo de control del sistema de bloqueo
406 Circuito que conecta el dispositivo de control (405) y del sistema de bloqueo
502 Lastre vacío enganchado al cable deslizante
503 Lastre lleno enganchado al cable deslizante
601 Plataforma PAP que comprende una plataforma PAG
603 Alerones
604 Propulsores
605 Plataforma PAG integrada en una plataforma PAP
606 Riel
701, 702 Plataformas PAG integradas a una plataforma PAP
703 Cable de anclaje de plataforma PAP que comprende varias plataformas PAG
801 Tirantes de fijación
901 Polea superior de ascensor
902 Cable de ascensor cerrado
903, 904 ganchos fijados en un cable 902
905 Polea inferior de ascensor
906 Peso de tensión inferior
907 Cabrestante de cable de anclaje
1001 Carro
1101 Rueda motriz o directriz del carro
1102 Rodillo de desviación de los pesos 135
1103 Eslinga fijada a los pesos 135
1301 Peso de tensión superior
1302 Polea de retorno de los pesos 1301
1303 Cable del cabrestante 1304
1304 Cabrestante de regulación de la profundidad de los pesos de tensión 1301
1305 Polea de retorno superior
1306 Polea motriz
1401, 1402 Polipastos
1501 Propulsor
1502 Unidad de posicionamiento del gancho
1503 Cable que conecta la unidad de posicionamiento 1502 al gancho 105
1601 Alerón de control de los movimientos giratorios
1701, 1702 Polipastos
1703 Viga de unión de los polipastos 1701 y 1702
1801, 1802 juegos de poleas superiores
1803, 1804 juegos de poleas motrices
1901 Flotador de tensión de los cables 1904
1902 Polea de retorno del flotador 1901
1903 Polea de retorno fijada en el fondo del cuerpo de agua.
1904 Cables laterales de los ganchos 105
2001 Polea de retorno inferior2002 Conjunto que incluye un motor/generador y engranajes
2003 Flecha que indica el movimiento de los elementos de cable presentados en la figura
2004 Poleas de retorno superiores
2005 Poleas motrices
2101 Caja de engranajes con transmisión angular
2102 Engranaje diferencial
2103 Motor/generador eléctrico2202 Elemento de cable que sirve como punto de apoyo a la viga 2201 2203 Elemento de cable que sirve como punto de apoyo en el otro extremo de la viga 2201
La invención también se refiere a un método de almacenamiento y generación de energía eléctrica para un entorno acuático o subacuático, que comprende los siguientes pasos:
- en modo generador, asegurar el descenso en la zona de fondo (126) de una pluralidad
de pesos (135) con ayuda de un ascensor-generador (100) que conecta una plataforma PAG (101) que soporta dicho ascensor flotante principal ubicado sustancialmente debajo de la superficie hasta una zona de fondo (126), de manera que la fuerza ejercida por los pesos (135) permita que el ascensor-generador (100) accione un motor reversible (102) en modo de producción de energía eléctrica, y en modo motor, subir dichos pesos a una profundidad situada varias decenas de metros bajo la superficie, con ayuda del ascensor generador (100), el motor reversible (102) estando entonces en modo motor y asegurando la motricidad del ascensor-generador (100).
Se comprenderá que el sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica para entorno acuático o subacuático según la invención también puede comprender los siguientes elementos o características:
- cables de anclaje de las plataformas PAP dispuestos en forma de tirantes de fijación (801), y que pueden integrar sensores del tipo galgas extensiométricas (8012).
- la parte inferior del ascensor generador puede estar conectada a una o varias poleas de retorno (905) colocadas en un soporte (1001) capaz de moverse en el fondo del cuerpo de agua con ruedas, orugas o cualquier otro medio de locomoción mecanizado.
- la parte inferior del ascensor generador está conectada a una o varias poleas de retorno (905) protegidas por uno o varios rodillos (1102) dispuestos para desviar los pesos cuando dichos pesos pasan cerca de las poleas de retorno inferiores (905).
- el ascensor generador (100) comprende un número par de polipastos (1701), cada uno de los aparejos está conectado a un mismo gancho (105) y recorrido por cables (104) cuya dirección de enrollamiento de los cables trenzados se invierte entre dos polipastos sucesivos en la viga (1703).
- los ganchos (105) del ascensor generador están conectados a cables (1904) tensados permanentemente que pasan a través de una o varias poleas de retorno (1903) fijadas en el fondo marino y una polea de retorno (1902) fijada en un flotador (1901).
Claims (15)
1. Sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica para entorno acuático o subacuático, que comprende
- una pluralidad de pesos (135) sumergidos,
- un ascensor-generador (100), capaz de cooperar con cada uno de los pesos (135) y dispuesto para permitir, en modo generador, el descenso a la zona de fondo (126) de dichos pesos, y, en modo motor, subir dichos pesos hacia la superficie (125),
- una plataforma submarina PAG (101) capaz de soportar bajo la superficie la porción superior del ascensorgenerador; dicha plataforma comprende elementos flotantes y cables de anclaje que le permiten estabilizarse a una profundidad determinada,
- un motor reversible (102), que coopera con el ascensor generador (100) y permite, en modo generador, la producción de energía eléctrica gracias a la acción de los pesos (135) durante su descenso, y, en modo motor, el accionamiento del ascensor generador (100) para realizar un ascenso de los pesos (135);
el sistema caracterizado por, incluye
- una plataforma submarina de enganche y desenganche de masa PAP (131) anclada en el fondo marino y que comprende una pluralidad de flotadores (132) de volumen de gas variable que permiten ajustar continuamente el poder de flotación de dicha plataforma en función del número de pesos (135) que se le enganchan, la plataforma está configurada para permitir el enganche de dichos pesos (135) al ascensorgenerador antes de desenganchar dichos pesos de la plataforma PAP en la fase de producción de electricidad y viceversa en la fase de almacenamiento; y porque
- la plataforma submarina PAG (101) soporta el ascensor-generador cuando este está cargado o descargado de peso (135).
2. Sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica para entorno acuático o subacuático según la reivindicación 1, en el cual el motor reversible (102) es soportado por la plataforma PAG (101) que soporta el ascensor generador y coopera con la porción superior del ascensor generador (100).
3. Sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica para entorno acuático o subacuático según una de las reivindicaciones 1 o 2, en el cual el ascensor generador (100) está constituido por un conjunto de poleas (103) que accionan un cable (104) entre la plataforma PAG (101) y el fondo (126).
4. Sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica para entorno acuático o subacuático según la reivindicación 3, en el cual el conjunto de poleas comprende al menos una polea cercana a la superficie (103) soportada por la plataforma PAG (101) y una polea de fondo (905).
5. Sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica para entorno acuático o subacuático según la reivindicación 4, en el cual la polea de superficie (103) coopera mecánicamente con el motor reversible (102) a través de una transmisión.
6. Sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica para entorno acuático o subacuático según una de las reivindicaciones 1 o 2, en el cual el ascensor generador (100) está constituido por un cabrestante soportado por la plataforma del ascensor generador PAG (101), un cable de cabrestante (104) y al menos un gancho (105).
7. Sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica para entorno acuático o subacuático según la reivindicación 1, en el cual la parte inferior del ascensor generador está conectada a una o varias poleas de retorno (905) colocadas en un soporte (1001) capaz de moverse en el fondo del cuerpo de agua con ruedas, orugas o cualquier otro medio de locomoción mecanizado.
8. Sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica para entorno acuático o subacuático según la reivindicación 1, en el cual el cable del ascensor generador (104) puede estar constantemente tensado mediante un mecanismo que comprende una o varias poleas de retorno (1302) cuya posición puede variar al fijarlas a un peso (1301) enganchado a un cabrestante (1304).
9. Sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica para entorno acuático o subacuático según la reivindicación 1, en el cual cada uno de los flotadores (132) de la plataforma PAP (131) comprende un control de gestión de los flujos de fluidos (205) de la cantidad de gas en cooperación fluídica con el interior del flotador (1321) y un compresor (121).
10. Sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica para entorno acuático o subacuático según la reivindicación 1, en el cual los movimientos giratorios y transversales de los ganchos (105) del cable (104) del ascensor generador (100) son controlados por propulsores (1501), alerones móviles (1601) e instrumentos de medición como giroscopios (15021), brújulas (15022), cámaras (15023), medidores de profundidad (15024) y sonar (15025).
11. Sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica para entorno acuático o subacuático según la reivindicación 1, en el cual los flotadores están constituidos por un lastre (301) que puede ser llenado o vaciado de agua a través de un orificio (303) que comunica entre dicho lastre y el exterior del sistema.
12. Sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica para entorno acuático o subacuático según la reivindicación 10 y/u 11, en el cual el volumen de gas contenido en los flotadores se adapta de manera de equilibrar la plataforma PAP en función del número de pesos enganchados debajo de dichos flotadores.
13. Sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica para entorno acuático o subacuático según la reivindicación 10 o 11, en el cual los flotadores flexibles (402) o lastres (502) de la plataforma submarina PAP están unidos a dicha plataforma mediante un cable de longitud variable, de manera que el volumen de gas que contienen se ajuste para equilibrar las presiones internas y externas a la profundidad de dichos flotadores y lastres.
14. Sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica para entorno acuático o subacuático según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por la plataforma PAG (101) que soporta el ascensor generador se incluye como elemento móvil de la plataforma PAP (131) que sirve como soporte de enganche para los pesos almacenados en posición alta.
15. Sistema de almacenamiento y generación de energía eléctrica para entorno acuático o subacuático según la reivindicación 1, en el cual el ascensor generador (100) comprende un número par de polipastos (1701) donde cada aparejo está conectado a un mismo gancho (105) y recorridos por cables (104) cuya dirección de enrollado de los cables trenzados se invierte entre dos polipastos sucesivos en la viga (1703).
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