ES2691273T3

ES2691273T3 - Dispositivo costa fuera de almacenamiento de energía

Info

Publication number: ES2691273T3
Application number: ES10800110.8T
Authority: ES
Inventors: Daniel Ehmberg
Original assignee: Seatwirl AB
Current assignee: Seatwirl AB
Priority date: 2009-07-17
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2018-11-26
Anticipated expiration: 2030-07-16
Also published as: US9856852B2; EP2454800B1; WO2011008153A1; EP2454800A1; US20150354544A1; US20180087487A1; US10641242B2; EP2454800A4; US20120114486A1

Abstract

Dispositivo costa fuera de almacenamiento de energía (10), que almacena energía como energía cinética rotatoria, que comprende un medio de conversión (16), una parte central alargada, vertical (14), que puede rotar alrededor de su eje longitudinal, un medio flotante dispuesto para mantenerla vertical y flotando, una rueda volante (28) dispuesta concéntricamente alrededor de la parte central y unos medios de anclaje (15) por debajo de la rueda volante (28) de anclaje al lecho marino (18), en el que el extremo superior (29) de la parte central (14) puede moverse libremente, caracterizado por que se proporciona una bomba para mover agua entre la rueda volante (28) y la parte central (14).

Description

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DESCRIPCION

Dispositivo costa fuera de almacenamiento de energía Campo técnico

La presente invención se refiere a un dispositivo costa fuera de almacenamiento de energía, que almacena energía en forma de energía cinética rotatoria, que comprende una parte central vertical alargada, que puede rotar alrededor de su eje longitudinal, un medio de flotación dispuesto para mantenerla vertical y flotando, una rueda volante dispuesta concéntricamente alrededor de la parte central y unos medios de anclaje por debajo de la rueda volante para anclar al lecho marino.

Antecedentes de la invención

Los movimientos en el aire y el agua son una forma concentrada de recursos energéticos renovables que ofrecen grandes oportunidades para proporcionar energía de forma respetuosa con el medio ambiente. Y los humanos han usado estos recursos durante miles de años. La energía se ha absorbido y convertido en parte por plantas de potencia de eje vertical, lo que significa que la parte de la planta de potencia que absorbe la energía se localiza en un eje que está verticalmente dirigido, y en parte por plantas de potencia de eje horizontal, lo que significa que la parte de la planta de potencia que absorbe la energía se localiza en un eje que está horizontalmente dirigido.

Sin embargo, se ha limitado el uso de plantas de potencia para absorber movimientos en el aire y el agua, especialmente en los océanos con profundidades de más de 50 metros. Estas áreas contienen grandes cantidades de energía ligada a los movimientos, pero ha sido muy costoso instalar plantas de potencia en estas localizaciones y, a menudo, se han usado grandes cimientos o fijaciones en el suelo.

Una planta de potencia anterior que ha resuelto algunos de estos problemas se desvela en la solicitud de patente EP1106825A, que comprende un conjunto para absorber movimientos en el aire, donde se usa un cuerpo de flotación para instalar una estación de energía eólica en la parte superior de la misma. El documento US4775340 es también un ejemplo similar de esto; en este caso, se encuentra el bastidor flotante, sobre el que se coloca la estación de energía eólica, alrededor del plano horizontal.

Pero las plantas de potencia también deben ser estables, ya que el flujo de agua y aire puede variar rápidamente. Una buena solución a esto se describe en la patente US2006269396, donde una estación de energía eólica flotante flota en una posición vertical, de manera que el centro de masa de la planta de potencia se localiza por debajo del centro de flotabilidad. Esta planta de potencia trata de obtener una buena estabilidad a través de una extensión vertical, mientras que la patente US7397144B1, en cambio, desvela una extensión horizontal, lo que hace posible construir un rotor muy grande y pesado sin cojinetes. Esta patente, US7397144B1, describe un conjunto para absorber los movimientos en el aire, donde tanto el cuerpo de flotación como el rotor rotan juntos como un cuerpo flotante en el agua.

La patente US7397144B1 desvela una planta de potencia de eje vertical, pero a diferencia de las plantas de potencia mencionadas anteriormente, se usa un cuerpo de flotación basado en superficie de rotación con una extensión horizontal. Sin embargo, hacer rotar el cuerpo que tiene una gran extensión horizontal significa que la fricción aumentará debido a la mayor velocidad en las partes exteriores del cuerpo de flotación. La extensión horizontal también significa que grandes fuerzas actúan sobre la misma en climas tormentosos y en caso de grandes olas, ya que la superficie que se ofrece a las olas es grande, lo que a su vez exige un fuerte anclaje y la capacidad de soportar fuerzas muy grandes. Los problemas restantes para el dispositivo desvelado en la patente US7397144B1 y las tecnologías anteriores siguen siendo la estabilidad y, como resultado de esto, también el anclaje.

Otro problema importante para los recursos energéticos renovables es que, normalmente, tampoco tienen un efecto hacia fuera continuo, por ejemplo, varía debido a las variaciones del viento. Ser capaz de almacenar energía de una manera adecuada y rentable sigue siendo un problema importante. Las plantas de potencia mencionadas anteriormente pueden, por lo tanto, colocarse en localizaciones con un clima relativamente estable y en combinación con otros sistemas de energía, por ejemplo, la energía hidroeléctrica, de manera que un cliente de energía pueda obtener un suministro de energía fiable y continuo, incluso si, por ejemplo, no hay viento.

Incluso si se hace uso de, por ejemplo, la capacidad de almacenamiento de energía hidroeléctrica, hay un límite para la cantidad de plantas de potencia mencionadas anteriormente que pueden incorporarse en un sistema de energía. Esta es una de las razones para comenzar a explorar diferentes soluciones, tales como la presente invención.

Los documentos WO 03/016714, DE 101 02 023, y DE 202 06 234 desvelan plantas de energía eólica de eje vertical flotantes, que tienen una rueda volante, y un extremo superior que puede moverse libremente.

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Sumario de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo costa fuera de almacenamiento de energía de acuerdo con la reivindicación independiente 1.

La presente invención usa, de hecho, uno de los efectos físicos ignorados anteriormente en las plantas de potencia, la conservación del momento angular. Al hacer rotar un objeto relativamente pesado alrededor de un eje, el objeto se resistirá a los cambios en su orientación. Esto se usa por la presente invención para crear estabilidad, pero también para poder almacenar energía como en una rueda volante.

Otra solución, quizás aún más importante, en la presente invención es el uso de la inercia y el peso del agua circundante que estabiliza el conjunto cuando rota con una extensión vertical hacia abajo en la profundidad del agua. Esta plataforma estable y rotatoria puede abastecerse de energía a través de un medio de conversión, por ejemplo, un generador y un motor, o mediante palas de viento o de agua que absorben la energía del aire o el agua en movimiento. De esta manera, la presente invención puede funcionar como un depósito, por ejemplo, el conjunto mencionado anteriormente en la patente US7397144B1 u otras plantas de potencia.

Otra invención que convierte los movimientos de las olas del océano se describe en la solicitud de patente internacional WO2008038055 y usa dos cilindros flotantes que se accionan por los movimientos de las olas. La presente invención, sin embargo, no recibe su rotación de los movimientos de las olas y no consiste en dos cuerpos flotantes, y estos no están situados en la superficie del océano, lo que hace que sea imposible estabilizar el agua circundante como en la presente invención.

La presente invención puede incorporar una sección que absorbe viento como una planta de potencia eólica vertical. De esta manera, la sección que absorbe la energía cuando sopla el viento también puede almacenar esta energía como energía de rotación cinética en todas las partes rotatorias del conjunto. Cuando el viento ha dejado de soplar, el conjunto o tal vez solo algunas partes del conjunto podrían seguir girando, aunque las partes que absorben la energía se hayan detenido. Esto significa que el medio de conversión de la invención, por ejemplo, un generador, puede generar energía incluso cuando ya no sopla el viento.

Por estos aspectos, la presente invención difiere significativamente de las tecnologías conocidas previamente y, distinguiéndose de esta manera, las plantas de potencia pueden desarrollarse para, por ejemplo, almacenar energía, crear una superficie más pequeña contra las olas y resistir mejor de este modo las tormentas, manejar las variaciones en el flujo de viento o de agua al tener una mejor estabilidad y, también, usarse por las plantas de potencia que producen energía existentes para almacenar energía en forma de rotación y para proporcionar una mejor estabilidad en los sistemas de energía. En el último caso, por ejemplo, un generador podría usarse invertido como un motor eléctrico cuando la energía eléctrica se convierta en energía cinética y, a continuación, convertirse de nuevo en energía eléctrica cuando sea necesario.

El almacenamiento de energía en rotación a través de ruedas volantes se conoce desde hace mucho tiempo, pero las unidades que se han construido a menudo han usado unas construcciones y una tecnología complicadas donde el rotor está suspendido mediante cojinetes o campos magnéticos y donde el rotor a menudo rota en el vacío para disminuir la fricción. En lugar de construir unidades complejas con un rotor de rotación rápida, se construirán unidades grandes y simples, usando componentes naturales como el agua circundante a modo de cojinete.

Un primer objeto de la presente invención es proporcionar un conjunto que pueda almacenar energía en forma de energía cinética. De esta manera, los sistemas de energía conectados al conjunto pueden ser más estables y el conjunto puede funcionar como depósito de energía, incluso para otras plantas de potencia que transportan su energía al conjunto para su almacenamiento. La producción de energía de las plantas de potencia se beneficiará significativamente a través del almacenamiento de energía, ya que la energía que se produce cuando la demanda es baja y hay vientos fuertes también puede usarse si se almacena.

Un segundo objeto de la presente invención es proporcionar un conjunto que extraiga energía del movimiento del aire y el agua de una manera rentable. Esto se hace en parte construyendo una planta de potencia muy grande y en parte usando material relativamente barato en la construcción, ya que el peso no es un factor tan limitante como en las técnicas anteriores.

Un tercer objeto de la presente invención es proporcionar un conjunto con tan pocas partes móviles como sea posible, para minimizar los riesgos de daños en condiciones climáticas severas, por ejemplo.

Un cuarto objeto de la presente invención es proporcionar un conjunto estable que pueda de manera eficiente manejar las variaciones del flujo de aire y de agua.

Un quinto objeto de la presente invención es proporcionar un conjunto que sea fácil de instalar y que también se convierta en móvil después de la instalación.

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Un sexto objeto de la presente invención es ser capaz de almacenar la energía en el agua circundante en forma de energía cinética.

Al menos uno de los objetos anteriores se obtiene de acuerdo con la reivindicación 1.

En consecuencia, la invención se refiere a un conjunto para almacenar energía en forma de movimiento.

Dicho conjunto comprende un cuerpo de flotación y un medio de conversión, por lo que dicho cuerpo flotante se coloca completamente, o al menos parcialmente, en un fluido y está dispuesto para rotar en contacto directo con dicho fluido, y dicho cuerpo flotante junto con dicho fluido circundante se usa por el conjunto para almacenar energía en forma de movimiento, y por lo que se añade o se extrae energía del cuerpo flotante y del fluido circundante a través o de dicho medio de conversión o de una parte que absorbe energía de los movimientos en un fluido y que, además, el conjunto podría comprender, o que la energía se suministra o se extrae del cuerpo de flotación y del líquido circundante mediante una combinación de estos.

Construyendo un conjunto de acuerdo con la invención, la energía puede almacenarse en forma de energía cinética. El conjunto puede comprender una parte que absorbe la energía y, de esta manera, por ejemplo, puede construirse una estación de energía eólica con base en el mar que puede almacenar energía sin el uso de cojinetes de bolas. En este caso, un cuerpo flotante reemplaza los cojinetes de bolas y maneja las fuerzas con la ayuda del agua circundante, lo que normalmente se realiza mediante cojinetes en plantas de potencia y ruedas volantes. Construyendo un conjunto de acuerdo con la invención, el cuerpo flotante puede usarse como un depósito de energía tanto durante un corto tiempo como durante un largo tiempo. Una posible estación de energía eólica puede entonces transferir directamente su energía al cuerpo flotante en forma de movimientos. Esta energía se almacena por la rotación del cuerpo flotante y también puede usarse un mayor volumen del agua circundante para almacenar energía. Cuando, por ejemplo, se usa el agua circundante para almacenar energía, se hace rotar junto con el cuerpo flotante y de esta manera se pone en movimiento una gran cantidad de masa. El medio de conversión puede consistir, por ejemplo, en un generador eléctrico y usarse para convertir la energía cinética en electricidad.

En una realización del conjunto de acuerdo con la invención, dicho cuerpo flotante está interconectado con una parte que absorbe la energía, por lo que a veces se permite que dicho cuerpo flotante rote incluso si dicha parte rota con una velocidad menor o se ha detenido con respecto a dicho cuerpo flotante.

En una realización del conjunto de acuerdo con la invención, dicho cuerpo flotante está interconectado con dicha parte que comprende una planta de potencia de eje vertical para absorber la energía en los movimientos de un fluido.

En una realización del conjunto de acuerdo con la invención, dicho cuerpo flotante está interconectado con dicha parte que comprende una planta de potencia horizontal para absorber la energía en los movimientos de un fluido.

En una realización del conjunto de acuerdo con la invención dicho fluido está compuesto por un gas o un líquido.

En una realización del conjunto de acuerdo con la invención, dicha parte está compuesta por un anillo en forma toroidal exterior que rodea la parte que absorbe la energía y se centra en el movimiento del fluido a través de la parte que absorbe la energía.

En una realización del conjunto de acuerdo con la invención, dicho cuerpo flotante da al menos parcialmente flotabilidad al conjunto en un líquido.

En una realización del conjunto de acuerdo con la invención, dicho cuerpo flotante puede aumentar su capacidad de almacenar energía en forma de movimientos moviendo una masa de una cavidad más rotatoriamente centralizada a una cavidad menos rotatoriamente centralizada, o aumentar el cuerpo de flotación su capacidad para almacenar energía aumentando su masa y llenando sus cavidades con, por ejemplo, líquido circundante o una combinación de estos.

En una realización del conjunto de acuerdo con la invención, el cuerpo flotante también está dispuesto para usar dicho líquido circundante para almacenar energía en forma de movimiento, por lo que el cuerpo de flotación está equipado con aletas, palas u otros tipos de superficies para aumentar su contacto con el líquido circundante.

En una realización del conjunto de acuerdo con la invención, el cuerpo flotante está dispuesto además para usar dicho líquido circundante para almacenar energía en forma de movimientos, por lo que pueden levantarse estructuras o paredes en los alrededores del conjunto para restringir o controlar los movimientos de los líquidos circundantes que se usan para almacenar energía o para limitar otros flujos, corrientes, movimientos u otros posibles efectos.

En una realización del conjunto de acuerdo con la invención, dicho conjunto comprende además unos medios de anclaje adaptados para conectar dicho conjunto con al menos un punto de anclaje.

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En una realización del conjunto de acuerdo con la invención dichos medios de anclaje están destinados a conectar dicho conjunto con una base que delimita al menos parcialmente dicho líquido.

En una realización del conjunto de acuerdo con la invención dichos medios de anclaje están destinados a dotar a dicho conjunto de un punto no rotatorio interconectado con dicho medio de conversión a través de una segunda parte.

Un segundo aspecto de la invención se refiere al uso de un conjunto para almacenar energía en forma de movimientos o para extraer energía de los movimientos de un fluido.

Estructura del problema

El objeto de la presente invención es, principalmente, proporcionar un dispositivo de almacenamiento de energía que supere los problemas asociados con los dispositivos de almacenamiento de energía costa fuera de acuerdo con la técnica anterior.

Solución

Los objetos que forman la base de la presente invención se alcanzarán si el soporte desvelado a modo de introducción se caracteriza por que el extremo superior de la parte central puede moverse libremente.

Breve descripción de los dibujos adjuntos

La presente invención se explicará a continuación por medio de ejemplos no limitantes con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1 muestra una vista esquemática en perspectiva de una realización del conjunto que almacena energía en forma de movimientos;

la figura 2 muestra una vista esquemática en perspectiva de otra realización del conjunto que almacena energía en forma de movimientos y absorbe los movimientos del aire como una planta de potencia de eje vertical;

la figura 3 muestra una vista esquemática en perspectiva de una tercera realización del conjunto que almacena

energía en forma de movimientos y absorbe los movimientos del aire como una planta de potencia de eje vertical;

la figura 4 es una vista esquemática en perspectiva de la realización de la invención de acuerdo con la figura 1, donde se ha levantado una pared de separación alrededor del conjunto; y

la figura 5 muestra una vista esquemática en perspectiva de una cuarta realización del conjunto que almacena

energía en forma de movimientos y absorbe los movimientos del agua como una planta de potencia de eje vertical;

la figura 6 es una vista esquemática en perspectiva de otra realización más de la invención que muestra un sistema de anclaje con objetos flotantes;

la figura 7 muestra una vista esquemática en perspectiva en detalle de las partes inferiores del cuerpo de flotación en las realizaciones de acuerdo con las figuras 1-6;

la figura 8 muestra una vista en perspectiva en sección transversal de otra realización de las partes inferiores del conjunto.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La invención se describirá por medio de ejemplos de realizaciones. Sin embargo, debe entenderse que estas realizaciones solo sirven para aclarar la presente invención, cuyo grado de protección está limitado por las siguientes reivindicaciones.

La figura 1 muestra esquemáticamente el conjunto 10 destinado a almacenar energía en forma de movimientos. El conjunto 10 comprende un cuerpo flotante 14 y un medio de conversión 16. El cuerpo flotante 14 está dispuesto para rotar en contacto directo con el líquido circundante 12, es decir, el agua de mar, y en esta realización se usa para almacenar energía en forma de rotación, por lo que la energía se suministra al cuerpo flotante 14 por el medio de conversión 16, que convertirá la energía mecánica en energía eléctrica y viceversa. De esta manera, pueden almacenarse grandes cantidades de energía en forma de rotación. Esto puede ser especialmente adecuado para una combinación con estaciones de energía eólica con base en el mar cuando el viento sea fuerte. La energía puede entonces conducirse como electricidad al medio de conversión 16 y almacenarse como energía cinética en forma de rotación del cuerpo flotante 14.

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Además, también existe una oportunidad de usar el agua circundante para almacenar la energía cinética generada por el movimiento de las masas de agua. Además, al hacer rotar el agua circundante alrededor del cuerpo flotante 14, pueden almacenarse cantidades de energía aún mayores. En estos casos, las redes eléctricas en su conjunto pueden regularse desde el conjunto 10, que funcionará como un gran depósito de energía.

De acuerdo con la invención, el conjunto 10 tiene un eje aproximadamente vertical cuando está en uso. Durante el uso, y dependiendo de las condiciones climáticas, el eje puede estar algo inclinado, pero la construcción del conjunto, así como su función, garantizarán que el conjunto regrese a su posición vertical, con un eje aproximadamente vertical. La rotación del conjunto 10 alrededor de su eje longitudinal ayudará a mantener vertical el conjunto. El cuerpo de flotación 14, dispuesto a una distancia de un extremo inferior anclado del conjunto 10, también garantizará que el conjunto permanezca vertical. El extremo superior libre 29 del conjunto 10 permitirá una inclinación de su eje, lo que permitirá adaptaciones a las variaciones en las corrientes en el agua circundante. Al mismo tiempo, no hay necesidad de cojinetes en el extremo superior o inferior del conjunto 10 además de los medios de anclaje 15.

En la figura 1, se muestran unos medios de anclaje 15, adaptados para conectar dicho conjunto 10 con al menos un punto de anclaje 25. También puede considerarse conectar los medios de anclaje 15 a un barco, roca o algún otro posible punto de fijación que puede producirse en el mar, en lagos o en corrientes que fluyen.

Los medios de anclaje 15 podrían usarse para dirigir el conjunto 10, o partes de este, en una dirección deseada en relación con la dirección del movimiento del fluido circundante con la ayuda del movimiento del fluido. Esto podría hacerse, por ejemplo, moviendo el punto de unión de los medios de anclaje 15 en el conjunto 10. Por ejemplo, podría usarse un motor o un sistema hidráulico para mover el punto de unión, que podría diseñarse de diversas maneras. Como el extremo superior 29 está libre, solo habrá que mover el extremo inferior del conjunto.

Con mal tiempo, el conjunto 10 puede verse expuesto a fuerzas menos estresantes dirigiendo o cambiando la posición del conjunto 10. La figura 1 muestra un ejemplo donde los medios de anclaje 15 están conectados al conjunto 10 con una base 18 que restringe, al menos parcialmente, el líquido 12. En este ejemplo, los medios de anclaje 15 están destinados a dotar a dicho conjunto 10 de un punto no rotatorio interconectado con el medio de conversión 16 por medio de una segunda parte 17. En este caso, el medio de conversión 16 podría ser un generador que usa la segunda parte 17 como un punto no rotatorio y convierte la rotación relativa entre el cuerpo de flotación 14 y esta segunda parte 17 en energía eléctrica. La segunda parte 17 podría reemplazarse por otros tipos de medios de anclaje o aletas, de manera que el agua circundante 12 o la base 18 ralenticen la rotación. Otra opción es que el conjunto 10 y los medios de anclaje 16 estén interconectados directamente con un cimiento en la base. El conjunto 10 se usa principalmente en mares, lagos o aguas de corriente continua, pero también puede usarse en una piscina o depósito, lleno con algún otro líquido que no sea agua.

Al permitir que un cuerpo de flotación 14 rote, la conservación del momento y la inercia del agua crearán una plataforma estable y también la oportunidad de almacenar grandes cantidades de energía. Esta construcción también crea la posibilidad de proporcionar una o más partes de absorción de energía 13, tales como una estación de energía eólica de eje horizontal, como se muestra en la realización de la figura 2. La parte 13, es decir, la estación de energía eólica, o el medio de conversión 16, pueden suministrar o absorber energía del cuerpo de flotación 14 donde la energía se almacena como energía cinética. Sin embargo, debe mencionarse que la parte 13 podría construirse de numerosas maneras diferentes y que existen, por ejemplo, muchos tipos diferentes de turbinas eólicas verticales que podrían usarse.

La figura 2 muestra una vista esquemática del conjunto 10 para almacenar energía en forma de movimientos en un cuerpo de flotación 14 donde el cuerpo de flotación 14 está interconectado con una parte 13. En la figura 2, la parte 13 comprende una estación de energía eólica de eje vertical, que absorbe energía de un fluido y la almacena en el cuerpo de flotación rotatorio 14 como energía cinética. Tal fluido podría ser un gas 11 o un líquido 12. En este caso, el cuerpo de flotación 14 da, al menos parcialmente, flotabilidad al conjunto 10 en el líquido 12. Como se ha mencionado anteriormente, también puede considerarse el uso del agua circundante para almacenar energía rotatoria. Puede hacerse, por ejemplo, mediante aletas en los lados del cuerpo de flotación 14, lo que hace que el agua rote alrededor del cuerpo de flotación 14.

Otra posibilidad es construir el cuerpo de flotación 14 muy grande y también puede considerarse la carga de ciertas áreas en el cuerpo de flotación 14 con un líquido 12, por ejemplo. Al mover un líquido o alguna otra masa hacia el cuerpo de flotación 14, se modifica la masa que contiene la energía cinética almacenada. La modificación de la masa, a su vez, modificará la velocidad de rotación del conjunto, cuando la energía permanezca constante. De esta forma, la velocidad de rotación puede ajustarse y, quizás, usarse para un inicio más fácil de la rotación, para almacenar aún más energía y para mantener una velocidad de rotación aproximadamente constante.

En la figura 2 se ve un ejemplo donde se usa una o más cavidades. Puede bombearse un líquido entre dos cavidades con diferentes posiciones; una cavidad más rotatoriamente centralizada 19, por un lado, y una cavidad menos rotatoriamente centralizada 20, por otro lado. Significa que el cuerpo de flotación 14 puede almacenar una mayor cantidad de energía cinética a la misma velocidad de rotación, cuando el líquido se bombea desde la cavidad

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rotatoriamente centralizada a la cavidad menos rotatoriamente centralizada. Por la misma razón, la velocidad de rotación se cambia cuando se cambia la distribución de la masa y la energía permanece constante.

También cabe señalar que el movimiento de las masas podría realizarse de muchas maneras, por ejemplo, por medio de válvulas, bombas, motores, cables en movimiento, etc. La fuerza centrífuga podría usarse para mover una masa. Otra manera es simplemente dejarla caer y hacer uso de la diferencia de energía potencial en una posición más alta y una posición más baja. De esta manera, podría moverse una masa entre una cavidad más rotatoriamente centralizada 19 y una cavidad menos rotatoriamente centralizada 20.

Un ejemplo de una aplicación de la invención podría ser el uso de una planta de potencia horizontal que abastece el cuerpo de flotación 14 de energía, que se almacena como energía cinética, y el medio de conversión 16 que puede convertir posteriormente esta energía en energía eléctrica cuando surja la necesidad. El cuerpo de flotación 14 todavía está rotando, aunque a una velocidad más baja a medida que se consume la energía, y el medio de conversión 16 puede de este modo continuar convirtiendo energía cinética en electricidad incluso cuando el viento haya disminuido.

Un ejemplo del conjunto 10 de acuerdo con la presente invención se muestra en la figura 2. Cabe señalar que esta realización solo sirve como ejemplo y que los componentes incluidos y las dimensiones de estos son solo una de una serie de posibles combinaciones que caen dentro del alcance de la protección de las reivindicaciones adjuntas.

El conjunto 10 en la figura 2 se coloca en el mar y está dispuesto para producir y almacenar electricidad cuando se incluye la parte 13, por medio de la absorción de un flujo de un fluido, en este caso aire, y para absorber este flujo, es decir, el viento, a través de la parte 13, una estación de energía eólica de eje vertical.

Además, el cuerpo de flotación 14 en la figura 3 es una realización que puede aumentar su capacidad de almacenar energía en forma de movimientos moviendo una masa de una cavidad más rotatoriamente centralizada 19 a una cavidad menos rotatoriamente centralizada 20, o que permite que el cuerpo de flotación 14 aumente su capacidad para almacenar energía aumentando su masa y llenando sus cavidades con, por ejemplo, el líquido circundante 12 o una combinación de estas medidas. El cuerpo de flotación 14 está provisto de varias cavidades 19, 20, que pueden recibir ambas un líquido temporalmente, con el fin de almacenar energía. Cuando se recupera la energía almacenada, puede vaciarse una o ambas cavidades 19, 20. De esta manera, la cantidad de masa o la posición de la masa que forma la base para el almacenamiento de energía, o ambas, cambia, por lo que puede almacenarse la misma cantidad de energía que antes, pero a una velocidad diferente.

Otra opción es que las diferentes cantidades de energía puedan almacenarse a la misma velocidad de rotación del cuerpo de flotación 14. Esta opción puede usarse para mantener una fase correcta durante la conversión de la energía en electricidad a través del medio de conversión 16, en relación con la fase de los sistemas de energía a los que podría conectarse el conjunto 10.

El cuerpo de flotación 14 de la figura 3 también puede disponerse para usar el líquido circundante 12 con el fin de almacenar energía en forma de movimientos, por lo que el cuerpo de flotación 14 puede equiparse con aletas, palas u otros tipos de superficies para aumentar su contacto con el líquido circundante 12. Esto significa que el potencial para almacenar energía se vuelve muy grande. Podría compararse con una corriente local en el líquido 12 que se crea cuando el cuerpo de flotación 14 recibe energía y comienza a rotar junto con el líquido circundante 12. Esta corriente local conserva la energía en forma de movimiento de rotación, y cuando surge una necesidad de energía, el cuerpo flotante 14 recibirá la energía y la conversión tendrá lugar, por ejemplo, a través de un medio de conversión 16, que en este ejemplo comprende un generador. Otra posibilidad es que el medio de conversión 16 comprenda una bomba o que la energía se convierta directamente en hidrógeno u oxígeno o que se produzca agua dulce a través de la ósmosis inversa. La figura 3 muestra una vista esquemática del conjunto 10 para almacenar energía en forma de movimientos en un cuerpo de flotación 14, donde dicho cuerpo de flotación 14 está interconectado con la parte 13, que en esta realización es una estación de energía eólica.

La parte 13 consiste en un rotor eólico vertical en las realizaciones descritas, lo que significa que el peso del rotor eólico debe soportarse por el cuerpo de flotación, y que la energía que se absorbe se transporta directamente al cuerpo de flotación 14. El cuerpo de flotación tiene una longitud total de 250 metros, habiendo 100 metros sobre la superficie de agua de mar. Esto significa que la planta de potencia no necesita optimizar su peso cuando se construye y se monta, en la misma medida que con las técnicas anteriores. Las fuerzas verticales que pueden surgir por la variación del flujo de aire, por ejemplo, se absorberán rápidamente por el cuerpo de flotación 14, que está rotando en el agua de mar y que estabilizará eficazmente el conjunto 10. Se estabiliza parcialmente debido a la conservación del momento angular, lo que significa que cuando un objeto relativamente pesado está rotando, el objeto se resiste a los cambios en su orientación. También se estabiliza por la inercia del agua, lo que significa que el conjunto 10 seguirá rotando en la misma dirección, por lo que no consumirá energía moviéndose en el agua. La energía que se absorbe por la parte 13, el rotor eólico, se transporta directamente al cuerpo de flotación 14 y se almacena allí como energía cinética. El cuerpo de flotación 14 está usando ahora agua de mar, que se bombea por bombas de agua, por ejemplo, y llena las cavidades que están más rotatoriamente descentralizadas en el cuerpo de flotación 14.

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En este caso, el agua de mar llena el anillo en forma toroidal 28 con un diámetro de 230 metros, compuesto por el cuerpo de flotación 14, y se coloca 30 metros sobre la superficie de agua de mar. Esto significa que la masa que es la base para el almacenamiento de energía cinética aumenta o se mueve a una posición más alejada del eje central de rotación y que puede almacenarse una mayor cantidad de energía. La parte 13 aumenta la energía que se almacena en el conjunto 10 y el cuerpo de flotación 14 se hace rotar a alta velocidad y llena todas sus cavidades y mueve su masa, que en este caso consiste en agua de mar. Cuando el anillo toroidal 28 está completamente lleno de agua de mar y la frecuencia de rotación es 0,08, el conjunto 10 puede almacenar aproximadamente 5 MWh. Esto significa que se almacena una gran cantidad de energía en el cuerpo de flotación 14 con el anillo toroidal 28.

Cuando el viento y los movimientos del aire cesan, la parte 13 dejará de absorber energía y la transportará al cuerpo de flotación 14. El cuerpo de flotación 14, sin embargo, seguirá rotando a alta velocidad y mantendrá el almacenamiento de energía en forma de un movimiento de rotación. En este ejemplo, la turbina eólica y las alas que absorben la energía se colocan mediante cables que también sostienen el anillo toroidal 28. En este ejemplo, estas alas pueden moverse entre una posición menos rotatoriamente centralizada y una posición más rotatoriamente centralizada. Esto puede usarse para cambiar la capacidad de almacenamiento de energía, pero también para cambiar la absorción de energía de la turbina. También puede usarse para modificar las pérdidas por fricción. En caso de que la velocidad del viento o del agua haya disminuido, podría ser mejor colocar las palas en una posición más rotatoriamente centralizada. Las pérdidas de velocidad y fricción podrían reducirse con esta técnica.

Puede surgir una necesidad de energía en la red eléctrica y el medio de conversión 16, que en este ejemplo consiste en un generador, comenzará a generar electricidad en la red. La segunda parte 17 se extiende a través del cuerpo de flotación 14 y se conecta al medio de conversión 16 por medio de un árbol. También se conecta con los medios de anclaje 15 a la base 18. De este modo, el medio de conversión 16 está provisto de un punto no rotatorio, que se usa cuando se necesita convertir la rotación y la energía cinética en electricidad. Ahora, el cuerpo de flotación 14 ha agotado su energía cinética, pero con el fin de mantener la velocidad de rotación, el cuerpo de flotación 14, en este caso, usará la posibilidad de bombear o abrir válvulas, de manera que la masa pueda moverse desde una cavidad menos rotatoriamente centralizada a una cavidad más rotatoriamente centralizada. De esta manera, puede drenarse la energía del cuerpo de flotación 14 pero seguir manteniendo la misma velocidad de rotación. Cuando se haya eliminado suficiente energía del cuerpo de flotación 14, la rotación disminuirá y finalmente el conjunto 10 permanecerá inmóvil sin rotar.

El viento puede ser cero localmente donde se ha instalado el conjunto 10, mientras que sopla en otros lugares de la red eléctrica, que está interconectada con el conjunto 10. Estos lugares pueden estar provistos de estaciones de energía eólica, y si la necesidad de electricidad en la red es baja, el medio de conversión 16 convertirá la electricidad de estas estaciones de energía eólica en diferentes lugares en energía cinética y almacenará la energía en el cuerpo de flotación 14. El cuerpo de flotación 14 comenzará a rotar más rápido debido a la energía que se suministra desde la red, y comenzará a llenar de nuevo las cavidades con agua de mar. La energía almacenada puede a continuación reabastecerse en la red, para usarse de nuevo, cuando sea necesario. En un ejemplo, donde el cuerpo de flotación 14 se construye muy grande o donde también se usa el agua circundante para almacenar energía a gran escala, el conjunto 10 puede convertirse en un depósito de energía muy grande.

Bombeando agua de mar entre diferentes localizaciones en el conjunto, por ejemplo, el conjunto 10 puede elevarse o hundirse en relación con el líquido 12, lo que podría ser útil durante la instalación o en un clima adverso. En condiciones climáticas extremas, el conjunto 10 podría localizarse por debajo de la superficie, por ejemplo. En aguas con grandes olas, el conjunto 10 podría elevarse.

El conjunto 10 de acuerdo con la presente invención también podría comprender diversos sensores, sistemas de control y sistemas de comunicación. Estos pueden incorporarse para determinar la altura de las olas, la velocidad de las olas y más. También es posible que el conjunto 10, en un clima adverso, por ejemplo, pueda bajarse, lo que significa que se mueva a una localización donde el conjunto esté protegido cuando factores tales como la velocidad de los líquidos, la velocidad de los gases o la altura de las olas superen un valor predeterminado. Como la carga de las olas es más alta en la superficie del agua, es posible reducir significativamente la presión sobre el conjunto 10. También debe mencionarse que el conjunto 10 podría equiparse con escaleras, cabinas de trabajo, sitios de construcción para barcos, y helicópteros u otros tipos de vehículos de transporte. También se considera equipar el conjunto 10 con lotes de superficie, flotadores, pesos u otros tipos de construcciones que proporcionan flotabilidad. También puede imaginarse que el conjunto 10 esté equipado con revestimientos o materiales especiales para reducir el ensuciamiento, la fricción u otros efectos. También se considera unir los medios de anclaje 15 a unos cimientos o una boya.

En el ejemplo donde el cuerpo de flotación 14 está dispuesto para proporcionar una gran área de superficie, mediante aletas, palas, etc., y crear corrientes locales circundantes en un líquido, también puede ser útil controlar o restringir la expansión o las direcciones de estas corrientes por medio de una pared 21 que se extiende, por ejemplo, desde el fondo del mar a la superficie, como se muestra en la figura 4. Otra posibilidad es usar formaciones naturales o corrientes naturales para mejorar o defenderse de diferentes impactos. También puede considerarse que el líquido se localice en un contenedor en tierra y que el conjunto 10 se localice en este contenedor.

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En algunas realizaciones puede ser preferible restringir el agua circundante con pantallas o paredes 21. Las pantallas o paredes 21 en la figura 4 podrían tener pesos en la parte inferior de manera que tuvieran contacto con la base 18 en la parte inferior y pudieran dar flotabilidad en el borde superior con, por ejemplo, una boya flotante, para mantener la pantalla o la pared 21 en posición vertical. De este modo, podría evitarse que las posibles corrientes oceánicas arrastraran la energía de rotación que se almacena en las aguas circundantes. Esto haría posible almacenar grandes cantidades de energía de una manera rentable en algo que puede compararse a las corrientes locales.

La parte 13 podría diseñarse de muchas maneras, por ejemplo, como una planta de potencia de eje horizontal para absorber la energía de los movimientos en un fluido, tal como el aire. En un ejemplo, con una planta de potencia de eje horizontal que absorbe energía en el movimiento de un fluido, puede ser preferible que la parte 13 esté provista de un anillo 26 que rodee el área 27 que absorbe la energía, tal como se muestra en la figura 5. Esto significa, en este ejemplo, que un anillo con forma toroidal está situado en los extremos exteriores del rotor.

En la figura 5 la parte 13 está compuesta por una estación de energía hidráulica de eje vertical, que en esta realización absorbe energía del líquido 12. La energía se almacena en el cuerpo de flotación 14 como energía cinética en forma de rotación. El cuerpo de flotación 14 puede rotar de vez en cuando, incluso si dicha parte 13 rota con una velocidad más baja o se ha detenido completamente en relación con dicho cuerpo de flotación 14. En esta realización, el cuerpo de flotación 14 proporciona al menos parcialmente flotabilidad al conjunto 10 en el líquido 12.

Los objetos flotantes 23 u otro equipo pueden usarse en los medios de anclaje 15 como se muestra en la figura 6. En la figura 6 se muestra un ejemplo, donde los medios de anclaje 15 también se conectan al cuerpo de flotación 14 en un punto más alto. Esta podría ser una buena manera de obtener una mayor unión al cuerpo de flotación y mejorar la estabilidad. Al mismo tiempo, podría ser una buena manera de permitir que los objetos flotantes 23 ofrezcan aún más espacio para el sistema de anclaje y que el conjunto 10 se mueva debido a las variaciones alrededor de su posición.

La figura 7 muestra una vista en detalle del cuerpo de flotación 14, el medio de conversión 16, la segunda parte 17 y los medios de anclaje 15 que conectan el conjunto 10 a la base 18.

La figura 8 muestra una sección transversal de la parte inferior del conjunto 10 y un ejemplo de cómo podrían construirse las secciones inferiores del conjunto 10. El cuerpo de flotación 14 contiene un peso de lastre 24 y un árbol de elevación 22 de manera que pueda realizarse el mantenimiento del medio de conversión 16, en este caso del generador, el eje del generador, los sistemas de control, etc. La segunda parte 17 se muestra interconectada con el generador 16 a través de un eje. Los medios de anclaje 15 se muestran conectando el conjunto 10 a la base 18 a través de un punto de anclaje 25. También debe mencionarse que el mantenimiento del conjunto 10 podría realizarse de varias maneras diferentes. Ejemplos de esto podrían ser los buceadores o permitir que el conjunto 10 se incline y flote sobre la superficie del agua. Otras maneras son elevar el conjunto 10 sobre la tierra, mover el medio de conversión 16 dentro del conjunto 10 y hacia arriba, o mover el medio de conversión 16 en el agua y hasta la superficie para su mantenimiento.

Realizaciones alternativas

También debe mencionarse que en otras realizaciones diferentes puede ser útil equipar el conjunto 10 y la parte 13 de acuerdo con las realizaciones mostradas y descritas anteriormente con otros tipos de plantas de potencia, tales como otros tipos de palas, más palas o un juego adicional de palas que pueden funcionar de una manera más estable y, por lo tanto, podrían usarse para iniciar la rotación de la parte 13. También es posible iniciar la rotación haciendo funcionar un generador en modo inverso, como un motor eléctrico, o añadir otro equipo. Ejemplos de esto pueden ser varios medios de conversión 16, que pueden funcionar a diferentes velocidades de rotación, o varios medios de conversión que suministran energía mientras extraen energía con otros medios de conversión. Sería posible suministrar una electricidad relativamente irregular a través de un medio de conversión, por ejemplo, generado a partir de la energía de las olas, y extraer una electricidad más regular a través de otro medio de conversión. De esta manera, el conjunto 10 y el cuerpo de flotación 14 con los medios de conversión 16 podrían funcionar como un convertidor eléctrico y de energía.

Cabe señalar que la presente invención no está en modo alguno limitada a las realizaciones mencionadas anteriormente, sino que puede variarse libremente dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones. Por ejemplo, el conjunto 10 podría estar equipado con aletas, pontones flotantes, pesos o medios similares para, por ejemplo, influir en las cualidades de movimiento del conjunto 10. Además, la energía puede suministrarse a o transportarse desde el cuerpo de flotación 14 de varias maneras adicionales además de las mostradas en la descripción anterior, por ejemplo, bombeando agua a un depósito en una localización más alta. La energía también puede usarse para lograr una ósmosis inversa, para purificar agua procedente de, por ejemplo, aguas salinas y/o contaminadas. También se considera usar la energía para producir hidrógeno a partir del líquido 12, por ejemplo, el agua de mar, y este hidrógeno podría mantenerse bajo presión en el líquido 12 y transportarse adicionalmente por barcos, por ejemplo. También es posible almacenar hidrógeno en la segunda parte 17 o en el cuerpo de flotación 14.

La transmisión de potencia también podría tener lugar en campos magnéticos, en cuyo caso los componentes de la invención se encapsularían completamente. Es posible imaginar que la parte 16 o una parte de la misma esté incluida en la parte 17, la parte 13 y/o el cuerpo de flotación 14. En tal caso, la parte que genera el campo eléctrico 5 se incluiría en una parte 13, 14, 17 y la parte que induce el campo magnético se incluiría en otra parte 13, 14, 17. Estas partes aún estarían completamente encapsuladas.

El conjunto 10 también puede incluir una serie de partes 13, cuerpos flotantes 14 y medios de conversión 16 que se interconectarán con la segunda parte 17. También debe mencionarse que el cuerpo de flotación 14 puede 10 producirse a partir de un material rígido, pero dicho cuerpo de flotación 14 también puede producirse a partir de un material flexible o inflable. Puede ser posible llenar el cuerpo de flotación 14 con diferentes tipos de gases o líquidos con diversas densidades para modificar la flotabilidad del cuerpo de flotación 14. Por ejemplo, podría usarse gas de helio.

15 También debe mencionarse que la parte 13, que absorbe la energía, podría producirse a partir de un material rígido, como los materiales usados en las estaciones de energía eólica de acuerdo con la técnica anterior. Pero la parte 13 también podría fabricarse a partir de un material delgado, tal como un lienzo. También es posible estirar el lienzo en velas o lonas para centrar los movimientos a través de la parte 13.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Dispositivo costa fuera de almacenamiento de energía (10), que almacena energía como energía cinética rotatoria, que comprende un medio de conversión (16), una parte central alargada, vertical (14), que puede rotar alrededor de su eje longitudinal, un medio flotante dispuesto para mantenerla vertical y flotando, una rueda volante (28) dispuesta concéntricamente alrededor de la parte central y unos medios de anclaje (15) por debajo de la rueda volante (28) de anclaje al lecho marino (18), en el que el extremo superior (29) de la parte central (14) puede moverse libremente, caracterizado por que se proporciona una bomba para mover agua entre la rueda volante (28) y la parte central (14).
2. Dispositivo costa fuera de almacenamiento de energía (10) de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que la rueda volante (28) está dispuesta alrededor de una sección superior de la parte central (14), para mantener la rueda volante (28) por encima del nivel de agua (12) cuando el dispositivo (10) está flotando en el agua.
3. Dispositivo costa fuera de almacenamiento de energía (10) de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que el dispositivo de almacenamiento (10) comprende un generador acoplado a la parte central (14) rotatoria, así como a los medios de anclaje (15).
4. Dispositivo costa fuera de almacenamiento de energía (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a

3, caracterizado por que la capacidad de almacenamiento del dispositivo de almacenamiento (10) puede modificarse modificando la velocidad de rotación bien suministrando o bien retirando energía a través del medio de conversión (16), la parte de absorción de energía (13) o cambiando la masa y/o la posición de la masa con respecto al eje longitudinal.
5. Dispositivo costa fuera de almacenamiento de energía (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a

4, caracterizado por que la capacidad de almacenamiento del dispositivo de almacenamiento (10) puede modificarse modificando su masa y/o su distancia con respecto al eje longitudinal.
6. Dispositivo costa fuera de almacenamiento de energía (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a

5, caracterizado por que se proporciona una bomba adicional para introducir un líquido dentro y expulsar un líquido del dispositivo de almacenamiento (10).
7. Dispositivo costa fuera de almacenamiento de energía (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a

6, caracterizado por que el contacto con el agua de mar se proporciona en la sección inferior de la parte central (14) para hacer rotar el agua de mar circundante con el dispositivo de almacenamiento (10).
8. Dispositivo costa fuera de almacenamiento de energía (10) de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado por que las paredes de separación (21) están dispuestas alrededor de la parte central a una distancia de la misma, para separar una porción de líquido en rotación del líquido circundante.
9. Dispositivo costa fuera de almacenamiento de energía (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a

8, caracterizado por que comprende una turbina eólica, para proporcionar una fuerza de rotación al dispositivo de almacenamiento de energía (10).
10. Dispositivo costa fuera de almacenamiento de energía (10) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a

9, caracterizado por que comprende una turbina de agua, para proporcionar una fuerza de rotación al dispositivo de almacenamiento de energía (10).