ES3048911T3 - Energy storage system, computer-implemented method therefor, computer program and non-volatile data carrier - Google Patents

Abstract

Un sistema de almacenamiento de energía obtiene energía eléctrica intermitente entrante (P IN) y suministra energía eléctrica de salida (POUT) según demanda. El sistema contiene un tanque acumulador (130) y un primer y un segundo conjunto de convertidores de energía. El primer conjunto de convertidores de energía (110, 120, 125) está configurado para captar aire ambiente (A IN) y, a partir de él, producir aire presurizado (A HP) en el tanque acumulador (130) utilizando la energía eléctrica intermitente entrante (P IN). El segundo conjunto de convertidores de energía (152, 154, 160) está configurado para obtener el aire presurizado (A HP) del tanque acumulador (130), inyectar el aire presurizado (A HP) en un volumen de agua para provocar un flujo mixto (2PF) de agua y aire en el que una parte de agua (WF) alcanza alternativamente energía potencial y energía cinética, y producir la energía eléctrica de salida (P OUT) en función del flujo de la parte de agua (WF) del flujo mixto (2PF). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

[0001] DESCRIPCIÓN

[0003] Sistema de almacenamiento de energía, procedimiento implementado por ordenador para el mismo, programa informático y portador de datos no volátil

[0005] Campo técnico

[0007] La presente invención se refiere generalmente a la optimización del proceso de producción y suministro de energía eléctrica. En especial, la invención se refiere a un sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 y un procedimiento correspondiente implementado por ordenador. La invención también se refiere a un programa informático y un portador de datos no volátil que almacena tal programa informático.

[0009] Antecedentes

[0011] Los consumidores de electricidad de hoy en día tienen una mezcla creciente de fuentes de energía para elegir. Típicamente, debido a las variaciones en las condiciones de producción, así como también a los patrones de consumo, la oferta y la demanda de electricidad varían sustancialmente con el tiempo, tanto en la perspectiva a corto plazo como a largo plazo. Por lo tanto, es complicado garantizar que un consumidor dado tenga acceso a la cantidad de energía que exige en todo momento. En particular, esto es cierto para la electricidad producida en base a fuentes de energía renovables, tales como energía solar, eólica, de ondas, de mareas y/o de lluvia.

[0013] Por razones de eficiencia, sería, por supuesto, beneficioso almacenar temporalmente la energía eléctrica producida en baterías y/o elementos capacitivos hasta que haya una demanda de la misma. Sin embargo, estos tipos de medios de almacenamiento aún son demasiado costosos para proporcionar una alternativa económicamente viable, especialmente para cantidades más grandes de energía. En consecuencia, se han desarrollado diferentes tipos de arreglos de conversión de energía para cerrar la brecha temporal entre la producción y el consumo de la energía eléctrica.

[0015] Por ejemplo, el documento US 10,358,975 describe un dispositivo de almacenamiento de energía y generación de energía de aire comprimido que incluye un motor, un compresor, un tanque de acumulación de presión, un expansor y un generador. El motor es accionado por una potencia de entrada fluctuante. El compresor está conectado mecánicamente al motor y comprime el aire. El tanque de acumulación de presión está conectado fluidamente al compresor y almacena aire comprimido por el compresor. El expansor se conecta fluidamente al tanque de acumulación de presión y se acciona mediante aire comprimido suministrado desde el tanque de acumulación de presión. El generador está conectado mecánicamente al expansor y genera energía para suministrarse a un usuario. Una trayectoria de flujo de agua de enfriamiento, de manera que el agua fluye dentro de una tubería de agua de enfriamiento para enfriar el aire que es un fluido de trabajo, se proporciona dentro de una carcasa del compresor. Como resultado, puede proporcionarse el dispositivo de almacenamiento de energía y generación de potencia de aire comprimido que es capaz de reducir eficientemente la fuerza axial de compresión y de reducir el consumo de energía.

[0016] El documento FR 3038349 describe un dispositivo de almacenamiento de energía eléctrica mediante el uso de aire comprimido en el que el calor producido por la compresión se almacena en un medio natural y se usa además de la energía mecánica almacenada como aire comprimido para producir energía eléctrica en un módulo de conversión mediante el uso de una turbina de expansión y acción de agua/aire cuasi-isotérmica acoplada a un alternador.

[0018] El documento US 4,249,385 muestra un sistema de conversión de energía térmica de dos fases que emplea un líquido evaporable tal como agua, y un gas que no es licuable dentro de los intervalos de temperatura y presión de operación, tal como aire. El agua y el aire se mezclan y uno de los dos o ambos se calientan de manera que el agua se evapora y el aire la absorbe para dar como resultado un aumento de presión. El aumento de presión o volumen puede convertirse en energía mecánica mediante un motor primario tal como una turbina o un motor de pistón alternativo. El calor de condensación se utiliza y se convierte en potencia mecánica mientras se reducen la temperatura y la presión. El líquido, tal como el agua, puede estar por debajo de su punto de ebullición. Si el agua consiste en agua salada, el agua dulce se deriva como un producto de condensación del motor primario.

[0020] El documento US 2021/0104912 revela un dispositivo de generación de energía CAES (almacenamiento de energía de aire comprimido), que incluye una máquina de compresión/expansión/combinada, una unidad de acumulación de presión para almacenar aire comprimido, un tanque de almacenamiento de agua de baja temperatura y un tanque de almacenamiento de agua de alta temperatura, intercambiadores de calor y unidades de mantenimiento de líquidos. La máquina de compresión/expansión/combinada tiene una función de comprimir aire mediante el uso de la energía eléctrica y una función de expansión del aire comprimido para generar energía eléctrica. El tanque de almacenamiento de agua de baja temperatura y el tanque de almacenamiento de agua de alta temperatura almacenan agua líquida y están conectados fluidamente entre sí. Los intercambiadores de calor intercambian calor entre el aire comprimido y el agua. Las unidades de mantenimiento de líquido presurizan el agua que fluye a través de los intercambiadores de calor y mantienen el agua en forma líquida.

[0021] El documento JP2004-183637A describe un dispositivo de generación de energía que explota la flotabilidad de burbujas de gas que ascienden en agua a alta presión. El sistema usa tubos de pie verticalmente sumergidos en un cuerpo de agua, en el que las burbujas se introducen ya sea por electrólisis o mediante la inyección de aire comprimido. A medida que las burbujas ascienden, se expanden debido a la disminución de la presión del agua y generan un flujo ascendente de agua dentro del tubo. Este flujo de agua acciona un dispositivo giratorio conectado a un generador. Aunque las burbujas ascendentes inducen el flujo de agua, solo el agua impulsa físicamente la turbina o el dispositivo giratorio. Las burbujas en sí mismas no actúan sobre la turbina. Las burbujas pueden generarse mediante electrólisis mediante el uso de electricidad de fuentes renovables tales como energía eólica o solar, o mediante la liberación de aire previamente comprimido. En algunas realizaciones, el hidrógeno generado se recoge para su uso en pilas de combustible.

[0023] El documento US 2021/0351615 A1 describe un sistema de almacenamiento de energía y generación de energía eléctrica configurado para almacenar energía en forma de aire comprimido. El sistema comprende una o más ramas de almacenamiento de energía, cada una de las cuales incluye un recipiente de compresión de aire y un recipiente de almacenamiento de aire. El aire y el agua atmosféricos se introducen en el recipiente de compresión, donde el aire se comprime y se transfiere al recipiente de almacenamiento. El aire comprimido, que está a una temperatura superior a la temperatura ambiente, se libera más tarde junto con agua para formar una mezcla de gas y agua, que fluye a través de un tubo de elevación y acciona una turbina. El documento reconoce que las temperaturas del agua más altas mejoran el rendimiento de este flujo de gas-agua. El sistema incluye conjuntos de válvulas y colectores para controlar los procesos de almacenamiento y liberación.

[0025] Por lo tanto, se conocen diferentes soluciones de almacenamiento de energía, que entre otras dependen del aire comprimido para el almacenamiento temporal, y donde la electricidad se regenera a través de un proceso que implica mezclar aire comprimido con otro fluido, por ejemplo, agua. Sin embargo, las soluciones conocidas requieren instalaciones y componentes relativamente complejos y/o costosos.

[0027] Resumen

[0029] El objeto de la presente invención es, por lo tanto, ofrecer una solución sencilla y rentable que resuelva el problema del almacenamiento temporal de la energía eléctrica que se produce de forma intermitente.

[0031] De acuerdo con un aspecto de la invención, el objeto se logra mediante un sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con la reivindicación 1 para obtener la energía eléctrica intermitente entrante y suministrar la energía eléctrica de salida a demanda, cuyo sistema contiene un tanque acumulador y un primer y segundo conjuntos de convertidores de energía. El primer conjunto de convertidores de energía se configura para recoger aire ambiente y, en base a ello, producir aire presurizado en el tanque acumulador mediante el uso de la energía eléctrica intermitente entrante. Por ejemplo, el primer conjunto de convertidores de energía puede configurarse para producir el aire presurizado en el tanque acumulador por medio de una técnica CAES o una técnica de almacenamiento de energía de aire líquido (LAES). El segundo conjunto de convertidores de energía se configura para obtener el aire presurizado del tanque acumulador, inyectar el aire presurizado en un volumen de agua para provocar un flujo mixto de agua y aire en el que el flujo mixto de una parte de agua alcanza alternativamente la energía potencial y la energía cinética. El segundo conjunto de convertidores de energía se configura además para producir la energía eléctrica de salida en base al flujo de la parte de agua del flujo mixto.

[0033] El sistema de almacenamiento de energía anterior es ventajoso porque producir la energía eléctrica de salida en base solamente al flujo de la parte de agua hace que el diseño del sistema sea sencillo y robusto.

[0035] De acuerdo con la invención, el primer conjunto de convertidores de energía contiene un motor eléctrico, un compresor y un enfriador. El motor eléctrico está configurado para funcionar en respuesta a la energía eléctrica intermitente entrante. El compresor está configurado para accionarse por el motor eléctrico y producir el aire presurizado en base al aire ambiente. El enfriador está configurado para intercambiar calor del compresor y, por lo tanto, producir agua caliente. De esta manera, la energía eléctrica entrante se gestiona de una manera general eficiente.

[0037] De acuerdo con la invención, el sistema de almacenamiento de energía incluye un primer depósito de fluido configurado para separar el aire del flujo mixto de agua y aire, y al menos un primer conducto configurado para transportar el flujo mixto de agua y aire al primer depósito de fluido.

[0039] De acuerdo con la invención, el sistema de almacenamiento de energía también incluye un segundo depósito de fluido y al menos un segundo conducto, que se configura para transportar el flujo de la parte de agua desde el primer depósito de fluido al segundo depósito de fluido. El segundo depósito de fluido se dispone en conexión de fluido con un difusor del segundo conjunto de convertidores de energía. El difusor se configura para inyectar el aire presurizado en el volumen de agua para provocar el flujo mixto de agua y aire. Por lo tanto, el flujo mixto de agua y aire puede cargarse con una cantidad sustancial de energía cinética.

[0041] De acuerdo con la invención, el segundo conjunto de convertidores de energía contiene una turbina y un generador. La turbina está configurada para ser propulsada por el flujo de la parte de agua. El generador está conectado mecánicamente a un eje de rotación de la turbina, y el generador está configurado para producir la energía eléctrica de salida en respuesta a la activación de la turbina. Esto proporciona un intercambio de energía eléctrica altamente eficiente, ya que la turbina es propulsada solamente por el flujo de la parte de agua del flujo mixto de agua y aire.

[0042] De acuerdo con la invención, el sistema de almacenamiento de energía contiene un conducto de agua caliente configurado para alimentar el agua calentada desde el enfriador al segundo depósito de fluido. Por lo tanto, una porción adicional de la energía entrante se transfiere al flujo mixto de agua y aire.

[0044] De acuerdo con una realización de este aspecto de la invención, el tanque acumulador y el primer conjunto de convertidores de energía se comprenden en un recipiente de superficie, el segundo depósito de fluido se configura para sumergirse en un cuerpo de agua por debajo del recipiente de superficie, y el al menos un segundo conducto está constituido por el cuerpo de agua. De esta manera, el sistema de almacenamiento de energía puede instalarse en cualquier tipo de curso de agua. Esto, a su vez, garantiza tanto la flexibilidad como la eficiencia de costos.

[0046] De acuerdo con otra realización más de este aspecto de la invención, el segundo conjunto de convertidores de energía se configura específicamente para producir la energía eléctrica de salida en base al flujo de la parte de agua que fluye en una dirección descendente. De esta manera, la energía potencial del agua puede emplearse eficientemente.

[0047] De acuerdo con aún otra realización de este aspecto de la invención, el segundo conjunto de convertidores de energía se configura en su lugar específicamente para producir la energía eléctrica de salida en base al flujo de la parte de agua que fluye en una dirección ascendente. De esta manera, el efecto de remolque del aire comprimido sobre el agua puede utilizarse directamente en la producción de la energía eléctrica de salida.

[0049] De acuerdo con otra realización de este aspecto de la invención, el sistema de almacenamiento de energía contiene estanques de almacenamiento de agua de nivel bajo y alto respectivamente que se disponen a diferentes alturas con relación al nivel del mar. Aquí, se dispone un conducto bidireccional entre los estanques de almacenamiento de agua de bajo y alto nivel, cuyo conducto bidireccional incluye la turbina y el generador. El sistema de almacenamiento de energía contiene además una disposición de válvula, que se configura para provocar selectivamente una conexión de fluido entre los estanques de almacenamiento de agua de bajo y alto nivel. Aquí, el estanque de almacenamiento de agua de bajo nivel, a su vez, contiene el segundo depósito de fluido. El estanque de almacenamiento de agua de bajo nivel está configurado para contener agua a un primer nivel de energía potencial. El difusor se configura para bombear una cantidad de agua desde el estanque de almacenamiento de agua de bajo nivel a través del segundo depósito de fluido y el conducto bidireccional hasta el estanque de almacenamiento de agua de alto nivel en forma de flujo mixto. En consecuencia, la cantidad de agua bombeada, cuando se ubica en el estanque de almacenamiento de agua de alto nivel, alcanza un segundo nivel de energía potencial por encima del primer nivel de energía potencial. La disposición de válvulas es operable en respuesta a una señal de control, y la disposición de válvulas se configura para dejar que el agua del estanque de almacenamiento de agua de alto nivel descienda a través del conducto bidireccional hasta el estanque de almacenamiento de agua de bajo nivel, lo que provoca que el generador produzca la energía eléctrica de salida. Esta realización es ventajosa porque permite almacenar cantidades comparativamente grandes de energía temporalmente en forma de energía potencial.

[0051] De acuerdo con otro aspecto de la invención, el objeto se logra mediante un procedimiento implementado por ordenador de acuerdo con la reivindicación 7.

[0053] Las ventajas de este procedimiento, así como también las realizaciones preferidas de este, son evidentes a partir de la discusión anterior con referencia al sistema de almacenamiento de energía propuesto. De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, el objeto se logra mediante un programa informático de acuerdo con la reivindicación 8 que puede cargarse en un portador de datos no volátil conectado comunicativamente a una unidad de procesamiento. El programa informático incluye software para ejecutar el procedimiento anterior cuando el programa se ejecuta en la unidad de procesamiento.

[0055] De acuerdo con otro aspecto de la invención, el objeto se logra mediante un programa informático no volátil de acuerdo con la reivindicación 9 que contiene el programa informático anterior.

[0057] Otras ventajas, características beneficiosas y aplicaciones de la presente invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción y las reivindicaciones dependientes.

[0059] Breve descripción de las figuras

[0061] La invención ahora se explicará más de cerca por medio de realizaciones preferidas, que se describen como ejemplos, y con referencia a las figuras adjuntas.

[0063] Figura 1 ilustra esquemáticamente un sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con una primera realización de la invención;

[0064] Figura 2 ilustra esquemáticamente un sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con una segunda realización de la invención;

[0066] Figura 3 ilustra esquemáticamente un sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con una tercera realización de la invención;

[0068] Figuras 4a-b ilustrar esquemáticamente un sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con una cuarta realización de la invención; y

[0070] Figura 5 ilustra, por medio de un diagrama de flujo, el procedimiento general de acuerdo con la invención.

[0071] Descripción detallada

[0073] La invención se define por las reivindicaciones independientes, las realizaciones ventajosas se proporcionan por las reivindicaciones dependientes.

[0075] En la Figura 1, vemos una ilustración esquemática de un sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con una primera realización de la invención para obtener energía eléctrica intermitente entrante P<entrada>y suministrar energía eléctrica de salida P<salida>a demanda.

[0077] La energía eléctrica intermitente entrante P<entrada>se presume que se origina de al menos una fuente de energía renovable, tal como la electricidad producida por una planta de energía solar, un parque eólico, una planta de energía de las olas, una planta de energía de mareas y/o una instalación de energía de lluvia. El sistema contiene un tanque acumulador 130, un primer conjunto de convertidores de energía y un segundo conjunto de convertidores de energía. El primer conjunto de convertidores de energía se configura para recoger aire ambiental A<entrada>y en base a ello producir aire presurizado AHpen el tanque acumulador 130 mediante el uso de la energía eléctrica intermitente entrante P<entrada>. En la Figura 1, el primer conjunto de convertidores de energía se representa mediante un motor eléctrico 110 configurado para funcionar en respuesta a la energía eléctrica intermitente entrante P<entrada>, un compresor 120 configurado para accionarse por el motor eléctrico 110 y producir el aire presurizado A<hp>en base al aire ambiente A<entrada>, y un enfriador 125 configurado para intercambiar calor del compresor 120 y por lo tanto producir agua caliente HW.

[0079] El segundo conjunto de convertidores de energía se configura para obtener el aire presurizado A<hp>desde el tanque acumulador 130, inyectar el aire presurizado A<hp>en un volumen de agua para provocar un flujo mixto 2PF de agua y aire en el que el flujo mixto de una parte de agua WF alcanza alternativamente la energía potencial y la energía cinética, y produce la energía eléctrica de salida P<salida>en base solamente al flujo de la parte de agua WF del flujo mixto 2PF. En la Figura 1, el segundo conjunto de convertidores de energía está representado por una turbina 152 configurada para ser propulsada por el flujo de la parte de agua WF y un generador 154 conectado mecánicamente a un eje de rotación de la turbina 152, cuyo generador 154 está configurado para producir la energía eléctrica de salida P<salida>en respuesta a la actuación de la turbina 152. El segundo conjunto de convertidores de energía también incluye un difusor 160 configurado para inyectar el aire presurizado A<hp>en el volumen de agua para provocar el flujo miXto 2PF de agua y aire.

[0081] De acuerdo con una realización de la invención, el primer conjunto de convertidores de energía 110, 120 y 125 se configura para producir el aire presurizado A<hp>en el tanque acumulador 130 por medio de una técnica CAES o una técnica LAES.

[0083] El sistema de almacenamiento de energía incluye un primer depósito de fluido 170 configurado para recibir el flujo mixto 2PF de agua y aire. El primer depósito de fluido 170 también se configura para separar el aire A<salida>del flujo mixto 2PF, de modo que el aire pueda escapar del primer depósito de fluido 170 y regresar a la atmósfera circundante, por ejemplo a través de un respiradero de aire 175.

[0085] En la realización ilustrada en la Figura 1, un primer conducto 147 se configura para transportar el flujo mezclado 2PF de agua y aire al primer depósito de fluido 170.

[0087] Aquí, el agua que se incluirá en el flujo mixto 2PF de agua y aire se almacena en un segundo depósito de fluido 140, donde el agua se calienta mediante el agua caliente HW del compresor 120, que se alimenta al segundo depósito de fluido 140 a través de una tubería 128. Preferentemente, se dispone una válvula 129 en el tubo 128, cuya válvula 129 es controlable en respuesta a una señal de control C3 de una unidad de control 180. Por lo tanto, una cantidad de agua calentada suministrada al segundo depósito de fluido 140 puede controlarse a través de un algoritmo de control implementado en la unidad de control 180

[0089] Preferentemente, la unidad de control 180 se configura además para producir una señal de control C2 a una válvula 127 a través de la cual el agua fría CW puede alimentarse al enfriador 125.

[0090] En la realización ilustrada en la Figura 1, un segundo conducto 171 se configura para transportar el flujo de parte de agua WF desde el primer depósito de fluido 170 hasta el segundo depósito de fluido 140. Aquí, el segundo conducto 171 encierra el primer conducto 147 concéntricamente. Sin embargo, como será evidente a partir de lo más abajo, de acuerdo con la invención, es concebible cualquier otra disposición del primer y segundo conductos.

[0092] El segundo depósito de fluido 140 se dispone en conexión de fluido con un difusor 160, que forma parte del segundo conjunto de convertidores de energía. El difusor 160 se configura para inyectar el aire presurizado A<hp>desde el tanque acumulador 130 a un volumen de agua en el segundo depósito de fluido 140 para provocar el flujo mixto 2PF de agua y aire. Como resultado, se extrae agua del segundo depósito de fluido 140 para formar la parte de flujo de agua WF del flujo mixto 2PF de agua y aire, que continúa hasta el primer depósito de fluido 170. Preferentemente, una válvula 135 se dispone en una tubería 136 que alimenta el aire presurizado A<hp>entre el tanque acumulador 130 y el segundo depósito de fluido 140, cuya válvula 135 es controlable en respuesta a una señal de control C1 de la unidad de control 180. En consecuencia, siempre que haya una demanda de energía eléctrica de salida P<salida>la unidad de control 180 puede controlar la válvula 135 para alimentar el aire presurizado A<hp>en el segundo depósito de fluido 140 para iniciar el flujo mixto 2PF de agua y aire que hace que el flujo de parte de agua WF de este entre una entrada 145 al segundo conducto 171 y de esta manera propulse la turbina 152 mientras que el flujo de parte de agua WF fluye en una dirección ascendente a través del segundo conducto 171, lo que da como resultado que el generador 154 produzca la energía eléctrica de salida P<salida>.

[0094] La Figura 2 ilustra esquemáticamente un sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con una segunda realización de la invención. En la Figura 2, todas las etiquetas de referencia que también ocurren en la Figura 1, designan la misma unidad, señal o evento como se describió anteriormente con referencia a la Figura 1.

[0096] Como es evidente, la realización de la Figura 1 es estructuralmente muy similar a la de la Figura 2. La principal diferencia es que en la Figura 2, el difusor 160 se configura para hacer que el flujo 2PF mixto de agua y aire fluya hacia arriba en un conducto exterior 148 de dos conductos dispuestos concéntricamente, mientras que un conducto interior 173 de este se configura para conducir solamente el flujo de la parte de agua WF en una dirección descendente hacia la turbina 152 y el generador 154 para producir la energía eléctrica de salida P<salida>.

[0098] Debido a sus disposiciones estructurales, los diseños de acuerdo con las realizaciones descritas en las Figuras 1 y 2 son adecuados para la integración en una torre de energía eólica. Es decir, esto logra un diseño general altamente eficiente en el espacio de una planta de producción de energía renovable.

[0100] La Figura 3 ilustra esquemáticamente un sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con una tercera realización de la invención. En la Figura 3, todas las etiquetas de referencia que también ocurren en las Figuras 1 y/o designan la misma unidad, señal o evento como se describió anteriormente con referencia a las Figuras 1 y/o 2.

[0101] La realización de la Figura 3 es similar a la de la Figura 1 en que la energía eléctrica de salida P<salida>se produce en base solamente al flujo de la parte de agua WF del flujo mixto 2PF de agua y aire, cuyo flujo de la parte de agua WF fluye en una dirección ascendente a través de un conducto 147. En la Figura 3, sin embargo, el tanque acumulador 130, el primer depósito de fluido 170 así como también el primer conjunto de convertidores de energía se transportan por un recipiente de superficie 300 mientras que el segundo depósito de fluido 140 se sumerge en un cuerpo de agua 310 por debajo del recipiente de superficie 300. El primer depósito de fluido 170 contiene al menos una abertura 301 y 302 respectivamente al cuerpo de agua 310, cuya al menos una abertura se configura para expulsar un flujo de agua WF fuera del primer depósito de fluido 170 hacia el cuerpo de agua 310. El segundo depósito de fluido 140 contiene al menos una puerta 141 que puede cerrarse selectivamente configurada para permitir un flujo de agua WF desde el cuerpo de agua 310 al segundo depósito de fluido 140. Por lo tanto, aquí, el cuerpo de agua 310 constituye un conducto configurado para transportar el flujo de agua WF desde el primer depósito de fluido 170 al segundo depósito de fluido 140. Preferentemente, por razones de flexibilidad, el segundo depósito de fluido 140 se dispone para flotar libremente en medio del cuerpo de agua 310. Sin embargo, de acuerdo con la invención, tampoco hay nada que excluya que el segundo depósito de fluido 140 se asiente en un lecho marino 320. La realización descrita anteriormente es ventajosa porque permite que el sistema de almacenamiento de energía propuesto se mueva y se reubique convenientemente a un sitio de producción de energía donde se necesita actualmente.

[0103] Las Figuras 4a y 4b ilustran esquemáticamente un sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con una cuarta realización de la invención. Las Figuras 4a y 4b, todas las etiquetas de referencia que también ocurren en las Figuras 1 -3 designan la misma unidad, señal o evento como se describió anteriormente con referencia a las Figuras 1 - 3.

[0104] La Figura 4a muestra el sistema de almacenamiento de energía que contiene una estanque de almacenamiento de agua de bajo nivel 410 y una estanque de almacenamiento de agua de alto nivel 420, que se disponen a alturas mutuamente diferentes con relación al nivel del mar. Aquí, se proporciona un conducto bidireccional 146 entre los estanques de almacenamiento de agua de bajo y alto nivel 410 y 420. El conducto bidireccional 146 contiene la turbina 152 y el generador 154.

[0106] En una secuencia de almacenamiento de energía de un ciclo implementado por el sistema de almacenamiento de energía, el compresor 110 recibe la energía eléctrica entrante P<entrada>para provocar la producción de aire presurizado A<hp>en el tanque acumulador 130. Sin embargo, a diferencia de las realizaciones de la invención descritas anteriormente, en la secuencia de almacenamiento de energía la energía eléctrica entrante P<entrada>también se alimenta al generador 154 para que este componente actúe como un motor y, en consecuencia, la turbina 152 funcione como un propulsor que acciona el flujo mixto 2PF de agua y aire producido por el difusor 160 hacia arriba a través del conducto bidireccional 146. En consecuencia, el agua se transporta desde la estanque de almacenamiento de agua de bajo nivel 410 hasta la estanque de almacenamiento de agua de alto nivel 420, lo que significa que un primer nivel de agua L1 de la estanque de almacenamiento de agua de bajo nivel 410 se reduce y un segundo nivel de agua L2 de la estanque de almacenamiento de agua de alto nivel 420 se eleva. Dado que el aire presurizado A<hp>inyectado por el difusor coopera con la propulsión de la parte de agua WF del flujo de la turbina 152, la diferencia de nivel entre los depósitos de almacenamiento de agua de bajo y alto nivel 410 y 420 puede ser sustancial. El estanque de almacenamiento de agua de alto nivel 420 se proporciona con una disposición de válvula, aquí ejemplificada por las puertas primera y segunda 441 y 442, configurada para provocar selectivamente una conexión de fluido entre los estanques de almacenamiento de agua de bajo y alto nivel 410 y 420 respectivamente. Por lo tanto, la disposición de válvulas puede (i) permitir que el agua entre en el estanque de almacenamiento de agua de alto nivel 420, (ii) mantener el agua almacenada en el mismo, o (iii) dejar que el agua almacenada en el estanque de almacenamiento de agua de alto nivel 420 fluya hacia fuera a través del conducto bidireccional 146. Por lo tanto, durante la secuencia de almacenamiento de energía del ciclo, cualquier energía eléctrica entrante P<entrada>puede convertirse en energía potencial en forma de agua acumulada en el estanque de almacenamiento de agua de alto nivel 420.

[0108] Con referencia ahora a la Figura 4b, en una secuencia de producción de energía subsecuente del ciclo implementado por el sistema de almacenamiento de energía, una señal de control C4 de la unidad de control 180 opera la disposición de válvulas 441 y 442, de manera que el agua almacenada en el estanque de almacenamiento de agua de alto nivel 420 se permite descender a través del conducto bidireccional 146 hasta el estanque de almacenamiento de agua de bajo nivel 441. Como resultado, el flujo de agua WF hace que la turbina 152 gire y el generador 154 produzca la energía eléctrica de salida P<salida>. Durante este proceso, el primer nivel de agua L1 del estanque de almacenamiento de agua de bajo nivel 410 se eleva y el segundo nivel de agua L2 del estanque de almacenamiento de agua de alto nivel 420 se baja. La diferencia de nivel sustancial entre las estanques de almacenamiento de agua de bajo y alto nivel 410 y 420 hace posible producir energía eléctrica de salida P<salida>a una potencia comparativamente alta.

[0110] Generalmente es ventajoso si el procedimiento de almacenamiento de energía descrito anteriormente se lleva a cabo de manera automática mediante la ejecución de uno o más programas informáticos. Por lo tanto, la unidad de control 180 incluye preferentemente un circuito de procesamiento en forma de al menos un procesador 185 y una unidad de memoria 184, es decir, un portador de datos no volátil, que almacena un programa informático 182, que, a su vez, contiene un software para hacer que el al menos un procesador 185 ejecute las acciones mencionadas en esta divulgación cuando el programa informático 182 se ejecuta en el al menos un procesador 185.

[0112] Para resumir, y con referencia al diagrama de flujo en la Figura 5, ahora describiremos el procedimiento implementado por ordenador de acuerdo con la invención para obtener energía eléctrica intermitente entrante y suministrar energía eléctrica de salida bajo demanda, cuyo procedimiento es ejecutado por el al menos un procesador 185 de la unidad de control 180.

[0114] En una primera etapa 510, se comprueba si se recibe energía eléctrica entrante; y si es así, sigue una etapa 520. De cualquier otra manera, el procedimiento regresa y permanece en la etapa 510.

[0116] En la etapa 520, el primer conjunto de convertidores de energía se controla para recoger aire ambiente, y en base a ello producir y almacenar aire presurizado en un tanque acumulador mediante el uso de la energía eléctrica intermitente entrante. Como se explicó anteriormente con referencia a la Figura 4a, esto puede implicar además emplear el generador como un motor y la turbina como una hélice para accionar el flujo mixto 2PF hacia arriba a través del conducto bidireccional, transportando así un flujo de agua desde el estanque de almacenamiento de agua de bajo nivel hasta el estanque de almacenamiento de agua de alto nivel.

[0118] Después de eso, una etapa 530 verifica si se demanda energía eléctrica de salida; y si es así, sigue una etapa 550. De cualquier otra manera, el procedimiento continúa hasta la etapa 540.

[0120] La etapa 540 comprueba si se recibe más energía eléctrica entrante; y si es así, el procedimiento regresa a la etapa 520. Si no se recibe más energía eléctrica entrante; el procedimiento regresa al paso 530.

[0122] En la etapa 550, el segundo conjunto de convertidores de energía se controla para obtener el aire presurizado del tanque acumulador, inyectar el aire presurizado en un volumen de agua para provocar un flujo mixto de agua y aire en el que el flujo mixto de una parte de agua alcanza alternativamente la energía potencial y la energía cinética, y producir la energía eléctrica de salida en base solamente al flujo de la parte de agua del flujo mixto. Como se describió anteriormente con referencia a las Figuras 4a y 4b, el flujo mixto de agua y aire ya puede haberse utilizado para proporcionar energía potencial a un volumen de agua, cuya energía potencial proporciona la única fuente de energía para producir la energía eléctrica de salida en la etapa 550.

[0124] Después de la etapa 550, el procedimiento regresa a la etapa 530.

[0125] Todas las etapas del proceso, así como también cualquier subsecuencia de etapas, descritas con referencia a la Figura 5 pueden controlarse por medio de un procesador programado. Además, aunque las realizaciones de la invención descritas anteriormente con referencia a las figuras comprenden procesador y procesos realizados en al menos un procesador, la invención por lo tanto también se extiende a programas informáticos, particularmente programas informáticos en o en un portador, adaptados para poner en práctica la invención. El programa puede estar en forma de código fuente, código objeto, un código fuente intermedio y código objeto tal como en forma parcialmente compilada, o en cualquier otra forma adecuada para su uso en la implementación del procedimiento de acuerdo con la invención. El programa puede ser parte de un sistema operativo, o ser una aplicación separada. El soporte puede ser cualquier entidad o dispositivo capaz de llevar el programa. Por ejemplo, el portador puede comprender un medio de almacenamiento, tal como una memoria Flash, una ROM (memoria de solo lectura), por ejemplo un DVD (disco de vídeo digital/disco versátil), un CD (disco compacto) o una ROM semiconductora, una EPROM (memoria de solo lectura programable y borrable), una EEPROM (memoria de solo lectura programable y borrable eléctricamente), o un medio de grabación magnético, por ejemplo un disco flexible o un disco duro. Además, el portador puede ser un portador transmisible tal como una señal eléctrica u óptica que puede transmitirse a través de un cable eléctrico u óptico o por radio o por otros medios. Cuando el programa está incorporado en una señal, que puede ser transmitida, directamente por un cable u otro dispositivo o medio, el soporte puede estar constituido por dicho cable o dispositivo o medio. Alternativamente, el soporte puede ser un circuito integrado en el que el programa está incrustado, el circuito integrado siendo adaptado para llevar a cabo, o para su uso en la realización de, los procesos relevantes.

[0127] La invención no se limita a las realizaciones descritas en las figuras, sino que puede variar libremente dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (9)

1. REIVINDICACIONES

1. Un sistema de almacenamiento de energía para obtener energía eléctrica intermitente entrante (P<entrada>) y suministrar energía eléctrica de salida (P<salida>) bajo demanda, comprendiendo el sistema:

un tanque acumulador (130),

un primer conjunto de convertidores de energía (110, 120, 125) configurado para recoger aire ambiente (A<entrada>) y en base a ello producen aire presurizado (A<hp>) en el tanque acumulador (130) mediante el uso de la energía eléctrica intermitente entrante (P<entrada>),

un segundo conjunto de convertidores de energía (152, 154, 160) configurado para: obtener el aire presurizado (A<hp>) del tanque acumulador (130), inyectar el aire presurizado (A<hp>) en un volumen de agua para provocar un flujo mixto (2PF) de agua y aire en el que el flujo mixto de una parte de agua (WF) alcanza alternativamente energía potencial y energía cinética, y produce la energía eléctrica de salida (P<salida>) en base solamente al flujo de la parte de agua (WF) del flujo mixto (2pF), en el que el primer conjunto de convertidores de energía comprende:

un motor eléctrico (110) configurado para funcionar en respuesta a la energía eléctrica intermitente entrante (P<entrada>),

un compresor (120) configurado para accionarse por el motor eléctrico (110) y producir el aire presurizado (A<hp>) en base al aire ambiente (A<entrada>),

caracterizado porque el sistema comprende además:

un enfriador (125) configurado para intercambiar calor desde el compresor (120) y por lo tanto producir agua caliente (HW),

un primer depósito de fluido (170, 420) configurado para separar el aire (A<salida>) del flujo mixto (2PF), al menos un primer conducto (146, 147, 148, 149) configurado para transportar el flujo mixto (2PF) de agua y aire al primer depósito de fluido (170, 420),

un segundo depósito de fluido (140),

al menos un segundo conducto (171, 173, 310) configurado para transportar el flujo de la parte de agua (WF) desde el primer depósito de fluido (170, 420) al segundo depósito de fluido (140), en el que el segundo depósito de fluido (140) se dispone en conexión de fluido con un difusor (160) comprendido en el segundo conjunto de convertidores de energía, cuyo difusor (160) se configura para inyectar el aire presurizado (A<hp>) en el volumen de agua para provocar el flujo mixto (2PF),

en el que el segundo conjunto de convertidores de energía comprende:

una turbina (152) configurada para ser propulsada por el flujo de la parte de agua (WF),

un generador (154) conectado mecánicamente a un eje de rotación de la turbina (152), cuyo generador (154) se configura para producir la energía eléctrica de salida (P<salida>) en respuesta a la actuación de la turbina (152), y un conducto de agua caliente (128) configurado para alimentar el agua calentada (HW) desde el enfriador (125) al segundo depósito de fluido (140).

2. El sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con la reivindicación 1, en el que: el tanque acumulador (130) y el primer conjunto de convertidores de energía (110, 120, 125) se comprenden en un recipiente de superficie (300),

el segundo depósito de fluido (140) se configura para sumergirse en un cuerpo de agua (310) por debajo del recipiente de superficie (300), y

el al menos un segundo conducto se constituye por el cuerpo de agua (310).

3. El sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el segundo conjunto de convertidores de energía (152, 154, 160) se configura para producir la energía eléctrica de salida (P<salida>) en base al flujo de la parte de agua (WF) que fluye en una dirección descendente.

4. El sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que el segundo conjunto de convertidores de energía (152, 154, 160) se configura para producir la energía eléctrica de salida (P<salida>) en base al flujo de la parte de agua (WF) que fluye en una dirección ascendente.

5. El sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con la reivindicación 1, que comprende:

estanques de almacenamiento de agua de bajo y alto nivel (410; 420) dispuestos a diferentes alturas, un conducto bidireccional (146) entre los estanques de almacenamiento de agua de bajo y alto nivel (410; 420), cuyo conducto bidireccional (146) comprende la turbina (152) y el generador (154), y

una disposición de válvulas (441, 442) configurada para provocar selectivamente una conexión de fluido entre los estanques de almacenamiento de agua de bajo y alto nivel (410; 420), en el que:

el estanque de almacenamiento de agua de bajo nivel (410) comprende el segundo depósito de fluido (140),

el estanque de almacenamiento de agua de bajo nivel (410) se configura para contener agua a un primer nivel de energía potencial,

el difusor (160) se configura para bombear una cantidad de agua desde el estanque de almacenamiento de agua de bajo nivel (410) a través del segundo depósito de fluido (140) y el conducto bidireccional (146) al estanque de almacenamiento de agua de alto nivel (420) en forma de flujo mixto (2PF) de manera que dicha cantidad de agua, cuando se ubica en el estanque de almacenamiento de agua de alto nivel (420), alcanza un segundo nivel de energía potencial por encima del primer nivel de energía potencial,

la disposición de válvulas (441, 442) es operable en respuesta a una señal de control (C4), y la disposición de válvulas (441,442) se configura para dejar que el agua del estanque de almacenamiento de agua de alto nivel (420) descienda a través del conducto bidireccional (146) hasta el estanque de almacenamiento de agua de bajo nivel (441) lo que provoca que el generador (154) produzca la energía eléctrica de salida (P<salida>).

6. El sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer conjunto de convertidores de energía (110, 120, 125) se configura para producir el aire presurizado (A<hp>) en el tanque acumulador (130) por medio de al menos una de una técnica de almacenamiento de energía de aire comprimido y una técnica de almacenamiento de energía de aire líquido.

7. Un procedimiento implementado por ordenador ejecutado en al menos un procesador (430) de una unidad de control (180) para controlar el sistema de almacenamiento de energía de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el procedimiento:

controlar (C1, C2, C3) el primer conjunto de convertidores de energía (110, 120, 125) para recoger aire ambiente (A<entrada>) y en base a ello producir y almacenar aire presurizado (A<hp>) en un tanque acumulador (130) mediante el uso de la energía eléctrica intermitente entrante (P<entrada>),

controlar el segundo conjunto de convertidores de energía (152, 154, 160) para: obtener el aire presurizado (A<hp>) del tanque acumulador (130),

inyectar el aire presurizado (A<hp>) en un volumen de agua para provocar el flujo mixto (2PF) de agua y aire en el que el flujo mixto de una parte de agua (WF) alcance alternativamente energía potencial y energía cinética, y

producir la energía eléctrica de salida (P<salida>) en base solamente al flujo de la parte de agua (WF) del flujo mixto (2PF),

caracterizado por:

controlar (C3; 127) el agua calentada (HW) para que se alimente a través del conducto de agua caliente (128) desde el enfriador (125) al segundo depósito de fluido (140).

8. Un programa informático (182) que puede cargarse en un portador de datos no volátil (184) conectado comunicativamente a al menos un procesador (430), el programa informático (182) que comprende un software para ejecutar el procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7 cuando el programa informático (182) se ejecuta en el al menos un procesador (185).

9. Un portador de datos no volátil (184) que contiene el programa informático (182) de acuerdo con la reivindicación 8.