WO2008031904A1 - Environmental desalination plants - Google Patents

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WO2008031904A1
WO2008031904A1 PCT/ES2007/000511 ES2007000511W WO2008031904A1 WO 2008031904 A1 WO2008031904 A1 WO 2008031904A1 ES 2007000511 W ES2007000511 W ES 2007000511W WO 2008031904 A1 WO2008031904 A1 WO 2008031904A1
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WO
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pressure
energy
fluid
sea
water
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PCT/ES2007/000511
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Inventor
Fernando Ruiz Del Olmo
Original Assignee
Prextor Systems, S.L.
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    • B01DSEPARATION
    • B01D61/00Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/025Reverse osmosis; Hyperfiltration
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03DWIND MOTORS
    • F03D9/00Adaptations of wind motors for special use; Combinations of wind motors with apparatus driven thereby; Wind motors specially adapted for installation in particular locations
    • F03D9/20Wind motors characterised by the driven apparatus
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    • C02TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02FTREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/22Treatment of water, waste water, or sewage by freezing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F1/00Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/44Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
    • C02F1/441Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by reverse osmosis
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    • C02F2103/00Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C02F2201/009Apparatus with independent power supply, e.g. solar cells, windpower, fuel cells
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    • F05B2210/16Air or water being indistinctly used as working fluid, i.e. the machine can work equally with air or water without any modification
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    • Y02E10/00Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70Wind energy
    • Y02E10/72Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the invention falls within the framework of hydraulics and thermodynamics, in particular in the field of desalination of seawater, even though its applications cover many other fields, such as energy storage, energy use of sea waves , of the differences in sea level produced by the tides or of the force of the wind, as well as the regulation of the electrical energy.
  • the new technology developed and described in this document includes innovative energy storage systems, as well as innovative systems of energy use of sea waves, differences, sea level produced by the tides or wind force based in the technologies of pressure exchangers of split-chambers (IPCD's), whose international patent application PCT / ES2007 / 000346 is being processed, and of balancing valves for flow distribution, whose invention patent application No. P200700797 is also It is being processed, both patents being inventions of the principal author of this invention.
  • IPCD's pressure exchangers of split-chambers
  • Reverse osmosis consists in subjecting salt water, once pre-harvested, to a pressure higher than its osmotic pressure.
  • the phenomenon of the reverse osmosis occurs, that is, that the water (fresh water) leaves the saline solution (salt water) and transfers the membrane, leaving a solution more concentrated salt water (brine).
  • the osmotic pressure of! salt water increases with the temperature and with the concentration of the solution. It is in any case high pressures that involve a very high consumption of electrical energy.
  • Wind turbines have developed enormously in recent times, and consist of a tower that has the rotor at its top • with blades that - are moved by • the wind, - the generator and the multiplier.
  • Hydraulic turbines are devices that generate electrical energy from the hydraulic energy available in a fluid.
  • the production of electricity comes from a high percentage of plants that necessarily produce electricity from. shape continued, as is the case of thermal power plants, or at times that cannot be controlled, as is the case of wind-generating plants, since they generate electricity when there is wind.
  • Reversible pumping plants are currently the most commonly used system to store energy on a large scale.
  • CAES Compressed Air Energy Storage
  • IPCD's Pressure exchangers of unfolded chambers
  • the IPCD's can have multiple stages, unfolding in several the fluid chambers whose pressure is transferred, which are used or not depending on the available fluid pressure, by means of a valve system, thus managing to transmit a pressure as homogeneous as possible to the fluid at pressurize.
  • the chambers of the fluid to be pressurized can also be unfolded, thus being able to pressurize it at different pressures with the same pressure of the feed fluid.
  • the main problem that is the desalination of water is the high energy consumption that is necessary to carry out the process.
  • turbines have the disadvantage that they are designed for a given height and flow rate. If they deviate from that design point, the performance drops considerably. In any case, turbines have been developed with adjustable blades that mitigate this circumstance, but there is still an environment of height and flow outside of which there are no acceptable yields.
  • the dike model described above has a strong environmental impact. Apart from that, the height of sea water that is available to feed the turbine is variable, because when the cove is filled or emptied, the level of the water in it is approaching that of the sea level until reaching reach it. That is why turbines can never give good performance.
  • Batteries that store energy in chemical form have a high cost and occupy an important volume, so it is unthinkable to use them to store energy in significant quantities.
  • CAES CAES
  • CAES technology presents, since while the mine or cavern is filled or emptied, the air pressure is gradually increasing or decreasing, and this implies, without a doubt, that neither the compressors nor the turbines of The installation work at full capacity at all times.
  • the main object of the invention consists in obtaining procedures for desalination of seawater that are based on the use of renewable energy for its operation, and that try to produce a zero discharge of brine into the sea. Due to these characteristics, desalination plants that use the technology that S ⁇ will present below have been called plants environmental desalination plants.
  • IPCD's pressure exchangers of unfolded chambers
  • balancing valves for flow distribution allows to devise systems for harnessing the energy of sea waves, of the differences in the level of the sea produced by the tides and even the force of the wind that will suppose a remarkable improvement of the performance that the systems that are currently in operation present.
  • Environmental desalination plants will capture energy from one or more of the sources mentioned by the procedures described below.
  • the invention includes several possible energy storage systems, which will be described later.
  • the invention includes a system to separate the water from the salt from the brine, producing a zero spillage of brine into the sea, thus avoiding contamination of the sea, and obtaining desalinated water and salt as products.
  • ⁇ a. fluid battery consists in using the pressure of a fluid (charging fluid) to transmit it to a gas (storage fluid) that is in a sealed chamber, then leaving the chamber where the gas is located so that the energy that has transmitted the fluid to the gas is stored in it, to be used later when necessary by transmitting the gas pressure in the chamber to a third fluid (discharge fluid):
  • the exchange of pressures between the loading and unloading fluids and the gas when the fluid battery is charged and discharged can be carried out by any type of pressure exchange system, but the incorporation of multi-stage IPCDs allows to manage the gas pressure variations of storage in the chamber with hardly any loss of energy.
  • the pressure of a gas is directly proportional to the temperature at which it is located and inversely proportional to the volume it occupies.
  • the volume it occupies is reduced, and, if the temperature remains constant, the pressure of the gas increases. in the chamber. This implies that the resistance that the gas opposes to the loading fluid during the loading, as well as the force exerted on the discharge fluid during the discharge, will suffer a variation along the stroke of the piston, pistons or exchange system of pressures that mount.
  • the camera can be designed with a large volume with respect to! that will be compressed and expanded during, the exchanges of pressures with the other fluids, so that the variation in pressures in the gas is reduced.
  • pressure exchanges can be carried out through multi-stage IPCDs, so that the different stages are put into operation depending on the pressure of the gas in the chamber, thus optimizing the performance in energy transfers between the gas in the chamber and the other two fluids.
  • Another interesting possibility is to cool the gas prior to charging the battery of fluids and heat it before discharge, relying on
  • the battery can be located submerged where there is water under a certain static pressure (seas, lakes, reservoirs, etc.). It would be constructed in such a way that at least one of the walls thereof can move freely against the pressurized water from the outside, so that the pressure inside is equalized with that of the outside.
  • the battery would be filled by inflating a pressurized fluid (specifically at the static pressure to which the water is subjected to the depth to which the battery is located), it would subsequently keep the stored energy by closing a valve, and it would empty simply by letting off the gas moved by the thrust of the water under static pressure. It is what has been called the underwater battery.
  • PREXTOR Pressure Exchange & Storage Systems
  • OWC airborne OWC articulated tapchan floating turbine thrust front spherical fixed kneecap is capable of is capable of
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) of application of the OWC systems submerged with IPCD technology resides in facilities near the coast line, at the minimum possible depth so that they are at all times submerged, taking into account the deviations of the sea level produced by the tides and the expected wave limit conditions.
  • FIG. 2 shows a scheme of a system of use of wave energy by the OWC procedure submerged horizontally with IPCD technology.
  • the seawater thanks to the increase in potential energy that the wave confers, drives the pistons of the different stages of the IPCD, which in turn transmit the pressure to the high-pressure cylinders, of smaller cross-section, where a pressure is compressed fluid up to a certain pressure.
  • the control system must have information about the sea level at all times and as a result activate and deactivate the corresponding stages of the high pressure cylinders.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) potential kinetic energy. This system would be placed on the IPCD to capture the potential energy, and could be designed so that it was always submerged or semi-submerged, neglecting the obtaining of part of the kinetic energy in exchange for lowering the system's robustness requirement and avoiding or reducing The environmental impact It could also be thought that the system went up and down with the tide in a way that optimized the energy collection and minimized the environmental impact, this being a tool, in addition, to avoid having to size the system for the harshest conditions of waves, being able to simply submerge during heavy swells.
  • the initial ramp with which the waves meet constitutes a system of converting part of their kinetic energy into potential.
  • This ramp could be straight, as in the figure, or curve, so that the conversion of the energy is optimized taking into account the movement of the water particles in a wave.
  • a wave concentration system can be added, so that in each IPCD the energy of a larger portion of the wavefront is captured than its own transverse dimension, thus reducing the dimensions of the installation with the consequent economic saving.
  • This system would consist of two vertical walls on the sides of the wave concentration ramp that are closed as the ramp rises until it reaches its highest point to be very close to each other, being at the distance it occupies
  • the ramp and / or the side walls can be designed in such a way that the waves from which it is expected dispose predominantly enter resonance and therefore significantly increase their potential energy. In this sense, you can even study moving walls to adapt at any time to the characteristics of the waves and bring it into resonance.
  • One more step could be taken, and to locate the pretreatment of the desalination plant under the sea, at the level of the IPCD for the use of the energy of the sea waves, which would have to be a depth that would allow the feeding of seawater to pretreatment without prior pumping.
  • the pretreatment system could be located within the ramp of conversion of kinetic energy into potential of the IPCD, and the weight of the sand filters (essential part of the pretreatment) would be used to avoid the flotation of the IPCD and to give it the necessary stability for its functioning under the sea.
  • the collection of seawater could be carried out at the bottom and in the sea, where the water is cooler and its osmotic pressure is lower, and lead to pretreatment without pumping due to the static pressure of the water itself.
  • One way to solve this problem could be to design a set of modular IPCDs that could rotate to adjust at any time to the direction of the waves, although this turn would require a significant energy cost.
  • An interesting option in this regard would be to place a sail that, depending on the direction of the wind, used its force to position the IPCD.
  • the potential energy collection system can also be designed as a buoy with a float system that pushes up a piston that charges the battery of fluids by means of an IPCD. This could be more convenient when it is intended to take advantage of the energy of the offshore waves, since at these depths it would be unthinkable to turn to systems of conversion of kinetic energy into potential and of wave concentration, and, in addition, offshore there are usually multiple trains of waves in different directions that are interacting with each other.
  • One of the main problems for harnessing the energy of sea waves is the existence of sea level variations produced by the tides, which prevents a large number of current harvesting systems from enjoying good performance and that It makes facilities more expensive because it forces them to have much larger dimensions than those necessary to cover the range of heights of waves that are adopted in the design.
  • One of the great advantages of the IPCD for the use of the potential wave energy included in Figure 2 is precisely that, by controlling the pressure of the chamber where the high-pressure cylinders are located, it is possible to
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) adjust the system to sea level variations, and therefore the performance and dimensions of the system can be optimized.
  • this system allows to play with the absolute pressures of the batteries of the energy storage system, which will be described later.
  • the proposed system has a fundamental drawback that has already been pointed out previously and that is inherent in any underwater installation, and is the strong corrosion produced by seawater.
  • a balancing valve for flow distribution which will be used to distribute the incoming sea water flow to one and another low pressure chamber of a multi-stage IPCD
  • the seawater pressure can be transferred to the pretreated seawater, to pressurize it and introduce it into the energy storage system and reverse osmosis filtering that will be described later in section f "Detailed exposure of at least one embodiment of the invention ".
  • the pretreatment of sea water in environmental desalination plants with this system of energy use of sea level differences caused by tides could also be located under the sea.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) are able to make better use of the energy provided by wind force.
  • a balancing valve for flow distribution which will be used to distribute the incoming wind flow to one and another low-pressure chamber of a multi-stage IPCD, where the wind will transfer its pressure to another fluid
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Any other application such as seawater desalination. They are what have been called wind pumps and compressors.
  • the fluid inlet and outlet pipes could be installed inside the windmill tower, normally hollow.
  • the application to desalination can be particularly interesting because it can be used as a fluid to pump water from the pretreatment, to raise it in pressure and feed the reverse osmosis filters and / or to the battery of high pressure fluids.
  • pretreatment could be arranged under the sea, at the depth necessary to not require a previous pumping system, and located next to the tower or towers of a windmill or offshore wind farm.
  • part of the pressure of the pretreated and pressurized sea water in the mills could be used to yield it to the seawater itself when leaving the pretreatment that has to rise to the mill , and thus avoid limitations due to the suction height.
  • Another application that can be of great interest is to use a marine wind compressor to compress air from the atmosphere, subsequently storing the compressed air in an underwater gas battery.
  • IPCDs for the energy use of sea waves and tidal waves require large low pressure chambers. This greatly complicates their machining, and the use of bellows-type cameras and even sheets of material can be an interesting option to avoid this inconvenience.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) plastic that move displaced by the movement of the pistons, and prevent the existence of seawater leaks towards the high pressure side. Reinforced plastics can be used to avoid deformations and losses in the chambers of sheets of plastic material, or even place a rigid outer jacket with an inner lubricant to prevent losses when the sheet of plastic material is deformed under pressure.
  • the IPCD's for the use of wind force have the same drawback, and, as if that were not enough, it is difficult to get the piston to maintain its rigidity in the face of the efforts to which it is subjected, due to the essential high section change of the cameras.
  • the piston weighs as little as possible, especially when it comes to horizontal arrangements.
  • a possible way to solve these problems could be the use of chambers and pistons made of sail-like fabrics, providing the pistons with a rigid structure in the form of concentric crowns and / or radial bars with which the pressures are pressed. high pressure cylinders.
  • the rest of the piston would be a weightless fabric that would function as a ship's sail and pull the piston structure.
  • balancing valves for flow distribution can also be made of sail-like fabrics.
  • IPCDs for the energy use of sea waves and tidal waves, although the "sail" would be made as plastic sheets.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) energy use of sea waves, tidal waves and wind waves may require extremely elongated high pressure cylinders, which can lead to mechanical problems, mainly in horizontal arrangements.
  • Reverse osmosis requires a much lower energy consumption than other technologies, and that is why it is being imposed on other desalination technologies, except for those times when a thermal energy source is available that does not involve an additional economic cost (cooling water of power plants, etc.). Attempts are also being made on the use of solar energy as a source of thermal energy.
  • the first idea for environmental desalination plants is to use first the reverse osmosis to desalinate seawater, more energy efficient, and use evaporation technologies and
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) / or light distillation based on solar energy or any other source of thermal energy available for the subsequent treatment of the brine, with the idea of getting as close as possible and even reaching the goal of total separation of water and salt.
  • IPCD IP-based Code Division Multiple Access
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) solar thermal energy or taking advantage of any source of thermal energy available in the area (water from cooling circuits of power plants, etc).
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) (normally air from the atmosphere) to transmit it to the brine or hyperconcentrated brine, to, as described above, use technologies of evaporation and / or distillation of lightning, also relying on solar energy or any other source of thermal energy available if necessary, to completely separate the water from the salt of the brine
  • the heat exchange between the gas and the brine could be done on the mainland, before sending the compressed gas to the battery, or a system with concentric pipes could be designed for the underwater conduction of gas to the battery that carry and bring the brine to the underwater battery, exchanging heat with the gas in the pipes and even in the underwater battery itself.
  • this process proves to be efficient, it can even be used on land to evaporate the brine, from any source of thermal energy, in particular from solar energy, taking advantage of the fact that in solar furnaces the water must be raised towards the point of confluence of the solar rays, and being able to do several
  • the gas In the case of heat exchange between the gas and the brine on the mainland, there is the disadvantage that the gas is at a very high pressure and the heat exchanger can be complex and uneconomic.
  • the gas can be passed through a chamber inside which is a flexible and temperature resistant hose, which feeds on the pressurized brine and makes a long journey through the interior of the gas chamber , producing heat exchange.
  • the hose it is not necessary that the hose must withstand the pressures of the gas and the brine because they are very similar.
  • this inconvenience can also be solved by replacing the flexible hose with a fixed wall coil, without the need to withstand the pressure of the working fluids, but providing the system with a safety system that always keeps the pressure of the both fluids
  • the proposed energy storage system elevating the pretreated seawater level, can be used to freeze it, at least a part of it during the nights, when temperatures are lower, and taking advantage of the fact that temperatures are also more low due to altitude.
  • Desalinated water could be used directly or mixed with pretreated seawater to reduce its osmotic pressure.
  • the reverse osmosis filters can be played with feeding and do it fundamentally at night, when the water is colder and has lower osmotic pressure.
  • IPCD's and balancing valves for flow distribution it is even possible to raise the sea water directly to the tank or raised raft (high pressure battery), almost without the need for pumping or use systems of Ia energy of sea waves, tides or wind.
  • the system consists of mounting the reverse osmosis filters of a desalination plant, individually or in groups that are in parallel, so that they are fed from pretreated and pressurized water in a feedback IPCD, where the Ia is transferred pressure from a double source: in a first stage from a battery of fluids or any other source of pressures, and in a second stage from the brine pressure itself obtained in the filters.
  • the pressurized brine is produced, and is used continuously to help pressurize the pretreated sea water and feed the filters.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the plant is really becoming a system for regulating electrical energy. This will optimize the volume of the batteries, guaranteeing a constant production of desalinated water.
  • IPCD's technology and balancing valves allows to develop systems of energy use of sea waves, the differences in sea level produced by the tides, and even the force of the wind that yields much higher than the procedures currently used for these tasks.
  • fluid batteries represent an enormous advantage for all types of industrial processes that are supplied with renewable energy sources, very heterogeneous in availability and intensity at all times, since they can be used to store energy at peak disposal times. of the primary energy source (when
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) It is very windy in the wind power plants, when a wave passes in the swell plants, in the high tide and / or the low tide in the tidal plants, etc.), and gradually use it throughout the whole time, which reduces considerably the size of the equipment that uses the accumulated energy and allows them to work at full capacity at all times.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) get the turbines to work at full capacity at all times, due to the capacity of regulation given by the stages, the boiler and the fluid batteries.
  • the fluid to be turbined does not have to be seawater, so that the level of requirement required in terms of the materials of manufacture of the turbine or turbines falls.
  • the atmosphere itself can be used as a low-pressure battery, conveniently adjusting the pressure of the accommodation chambers of the high-pressure cylinders of the IPCDs, as explained.
  • Figure 1 Movement of water particles in a wave (source:
  • Figure 2 Diagram of an IPCD in horizontal arrangement for the use of the energy of sea waves in the vicinity of the coastline, equipped with a conversion ramp of the potential kinetic energy
  • Figure 3 Scheme of an environmental desalination plant with systems for harnessing the energy of sea waves, the differences in sea level produced by the tides and / or the wind force, also having a storage system for energy in the form of elevation of the pretreated water level, and with a cascade treatment for the hyperconcentration of the brine and a final separation of the salt and water from the solar energy
  • Figure 4 Scheme of an environmental desalination plant with systems for harnessing the energy of sea waves, the differences in sea level produced by the tides and / or the force of the wind, also having a storage system for The energy in the form of accumulation of compressed air in a submarine gas battery, and with a cascade treatment for the hyperconcentration of the brine and a final separation of the salt and water from the heat generated during the compression of the air and / or of solar energy
  • Figure 3 shows a scheme of an environmental desalination plant with systems for harnessing the energy of sea waves, the differences in sea level produced by the tides and / or the wind force, also having a energy storage system in the form of elevation of the pretreated water level, and with a cascade treatment for the hyperconcentration of the brine and a final separation of the salt and the water from the solar energy.
  • the system consists of the following fundamental elements:
  • IPCDs may be of a single line, as it appears in the scheme of Figure 3.
  • the IPCDs may be at least two lines, and they will go preceded by a balancing valve for flow distribution, as described above.
  • a pretreated sea water wind pump (2) with a pre-treated sea water lift system can be provided from the pressure of part of the pressurized water in the wind pump (3) , as described above
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) - a seawater intake and pretreatment system (4) for feeding the energy storage system and filtering by reverse osmosis, which can be found located at sea or on land, as described above.
  • a low pressure battery (5) which will be fed from seawater from pretreatment, which will serve to pressurize said pretreated seawater when it must move the pistons during the turn of the stroke and / or to feed the wind pump, and which may also be a raft or a tank arranged at a lower level, or even an underwater battery
  • a high-pressure battery (6) which will be fed from the pretreated and pressurized seawater in the IPCD's that exceeds the nominal capacity of the reverse osmosis filters, which may be a reservoir or reservoir, and that will be arranged at a high level
  • a boiler (7) which allows the pressurized fluid in the IPCDs at the peak of the disposition of renewable energy sources to supply the plant, in addition to feeding the reverse osmosis filtering system to circulate towards the high-pressure battery in real time, since, if the high-pressure battery is at a considerable distance, if it is not placed, transients would occur that would prevent the system from functioning properly.
  • This boiler is particularly important in the event that the plant has a system to take advantage of the
  • a pumping and / or auxiliary turbination system (8), to charge the high-pressure battery and / or feed to the reverse osmosis filters when there are long periods with little disposition of renewable energy sources, and to use their energy to transform it into electrical energy when desired
  • a battery of reverse osmosis filters (9), which is fed from the pretreated and pressurized seawater from the IPCDs, the high pressure battery or directly from the auxiliary pumping system and subject it to a reverse osmosis process, obtaining desalinated water and pressurized brine.
  • the sufficient geographical slope is not available so that the high-pressure battery is located at a sufficient height so that the column of water coming from it is subjected to a static pressure equal to the osmotic pressure of the sea water, it will be necessary to precede the reverse osmosis filter battery of a pre-pumping system (10), or a new IPCD with a section change, which could even be retoralized
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) - Although it does not appear in Figure 3, normally the plant must have a raft or final deposit for desalinated water storage, with a conduit system that will collect it from all points of the plant in which it is obtained
  • control system of the plant, which manages at all times the stages that must be put into action in each of the IPCD's of the plant based on the available energy, and manages the energy storage system in a timely manner , trying to minimize (even to zero when possible) the auxiliary pumping system, and, if necessary, operating with it at night.
  • the control system must take full advantage of the extra pressure of the low pressure battery during high tide, in the case of an underwater battery.
  • Figure 4 shows a scheme of an environmental desalination plant with systems for harnessing the energy of sea waves, the differences in sea level produced by the tides and / or the force of the wind, also having a energy storage system in the form of an underwater air battery
  • the high pressure battery (6) is now an underwater battery
  • the boiler (7) can be fed with gas from the underwater battery, thus reducing considerably the size thereof
  • an IPCD (17) is incorporated for the transfer to atmospheric air of the pressure of the pre-treated and pressurized sea water that exceeds the nominal capacity of the reverse osmosis filters.
  • This IPCD (17) can be designed so that it also works in reverse during the discharge of the battery, that is, using the air pressure to transfer it to the pretreated seawater.
  • special stages could be enabled for operation with air in the high pressure cylinders of the IPCDs for the use of waves, tides and / or wind, thus suppressing this new IPCD (17) and certainly increasing the system performance , although complicating the design of IPCDs for the use of waves, tides and / or wind
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) (15) and cooling of pretreated seawater prior to its entry into reverse osmosis filters, to reduce its osmotic pressure (16) can be maintained based on the use of solar energy and / or the use of heat generated during the compression of the air, in such a way that the compressed air is cooled at a constant pressure before entering the underwater battery
  • an air heating system from the underwater battery can be incorporated when it is to be discharged (18), based on solar energy or any other available thermal energy source
  • turbochargers (19) or turbines and / or compressors
  • a system of turbochargers (19) can also be incorporated into the installation, which serve to charge the underwater battery when there are long periods with little disposition of renewable energy sources and / or that They can be used to generate electrical energy from the air coming from the battery and heated. It would even be possible to couple the turbine rotor to a pump that propel pretreated seawater to the reverse osmosis filters, instead of using the IPCD

Abstract

The invention relates to environmental desalination plants. The inventive environmental desalination plants are essentially based on the use of renewable energies for operation and aim to produce zero brine discharge into the sea. For this purpose, the plants make use of PREXTOR systems for harnessing energy from renewable energy sources and/or wind compressors or pumps as well as systems for treating brine originating from reverse osmosis filters, involving pre-hyperconcentration of the brine, evaporation, distillation and/or freezing. Said plants can be converted into electric power stations. In addition, when submarine gas batteries are used differences in sea level caused by the tides can be used to obtain extra energy which transforms the submarine batteries into a unique electric power system enabling same to be used for said purpose even independently of the seawater desalination application.

Description

"PLANTAS DESALADORAS AMBIENTALES' 'ENVIRONMENTAL DESALATING PLANTS'
b. Sector de Ia técnica a que se refiere Ia invenciónb. Sector of the technique referred to in the invention
La invención se encuadra dentro del marco de Ia hidráulica y Ia termodinámica, en particular en el ámbito de Ia desalación de agua de mar, aún cuando sus aplicaciones cubren muchos otros campos, como el almacenamiento de energía, el aprovechamiento energético de las olas de mar, de las diferencias de nivel del mar producidas por las mareas ó de !a fuerza del viento, así como Ia regulación de Ia energía eléctrica.The invention falls within the framework of hydraulics and thermodynamics, in particular in the field of desalination of seawater, even though its applications cover many other fields, such as energy storage, energy use of sea waves , of the differences in sea level produced by the tides or of the force of the wind, as well as the regulation of the electrical energy.
La nueva tecnología desarrollada y descrita en el presente documento incluye sistemas innovadores de almacenamiento de energía, así como sistemas innovadores de aprovechamiento energético de las olas de mar, de las diferencias, de nivel del mar producidas por las mareas ó de Ia fuerza del viento basados en las tecnologías de intercambiadores de presión de cámaras desdobladas (IPCD's), cuya solicitud de patente internacional PCT/ES2007/000346 se encuentra en tramitación, y de válvulas de balanceo para distribución de caudal, cuya solicitud de patente de invención n° P200700797 también se encuentra en tramitación, siendo ambas patentes invenciones del autor principal de esta invención. c. Estado de Ia técnicaThe new technology developed and described in this document includes innovative energy storage systems, as well as innovative systems of energy use of sea waves, differences, sea level produced by the tides or wind force based in the technologies of pressure exchangers of split-chambers (IPCD's), whose international patent application PCT / ES2007 / 000346 is being processed, and of balancing valves for flow distribution, whose invention patent application No. P200700797 is also It is being processed, both patents being inventions of the principal author of this invention. C. State of the art
La desalación de agua de mar ó salobreDesalination of sea or brackish water
Actualmente existen diversos métodos de desalación de agua de marThere are currently various methods of desalination of seawater
6 salobre, entre los que se pueden citar Ia osmosis inversa, Ia destilación,6 brackish, among which we can mention the reverse osmosis, the distillation,
Ia congelación, Ia evaporación relámpago y Ia formación de hidratos. De todas ellas, Ia tecnología que más se está desarrollando actualmente es Ia osmosis inversa.The freezing, the lightning evaporation and the formation of hydrates. Of all of them, the technology that is currently being developed is reverse osmosis.
La osmosis inversa consiste en someter al agua salada, una vez pretraíada, a una presión superior a su presión osmótica. Al entrar el agua en estas circunstancias en contacto con una membrana semipermeable, se produce el fenómeno de Ia osmosis inversa, es decir, que el agua (agua dulce) abandona Ia disolución salina (agua salada) y traspasa Ia membrana, quedando encerrada una disolución más concentrada de agua salada (salmuera).Reverse osmosis consists in subjecting salt water, once pre-harvested, to a pressure higher than its osmotic pressure. When the water enters in these circumstances in contact with a semipermeable membrane, the phenomenon of the reverse osmosis occurs, that is, that the water (fresh water) leaves the saline solution (salt water) and transfers the membrane, leaving a solution more concentrated salt water (brine).
La presión osmótica de! agua salada aumenta con Ia temperatura y con Ia concentración de Ia disolución. Se trata en cualquier caso de presiones elevadas que suponen un consumo de energía eléctrica muy elevado.The osmotic pressure of! salt water increases with the temperature and with the concentration of the solution. It is in any case high pressures that involve a very high consumption of electrical energy.
Como quiera que Ia salmuera sale de los filtros de osmosis inversa con una presión bastante elevada, existen sistemas de recuperación 'de esta energía. Actualmente se están utilizando cada vez más los intercambiadores de presión. En el documento de solicitud de patente internacional PCT/ES2007/000346 al que se ha hecho referencia se presentan los intercambiadores de presión de cámaras desdobladas y algunas de sus aplicaciones a Ia desalación.Since the brine leaves the reverse osmosis filters with a fairly high pressure, there are recovery systems for this energy. Pressure exchangers are currently being used more and more. In the document of international patent application PCT / ES2007 / 000346 to which reference has been made, the pressure exchangers of unfolded chambers and some of their applications to desalination are presented.
. Por otro lado, existen en Ia actualidad algunos diseños de plantas desaladoras por evaporación del agua de mar que utilizan energía solar para calentaría.. On the other hand, there are currently some designs of desalination plants by evaporation of seawater that use solar energy for heating.
Los sistemas de aprovechamiento energético de las olas del marThe systems of energy use of sea waves
Se han desarrollado numerosos estudios y patentes sobre este tema, e incluso existen algunas centrales ya funcionando, normalmente para generación de energía eléctrica, pero mayormente a nivel experimental. Se. puede decir sin riesgo a equivocarse que es un sector de ¡a técnica en plena ebullición en estos momentos, ya que el potencial de energíaobtenible, dejas mismas es muy importante, sobre todo en determinadas zonas de! planeta.Numerous studies and patents have been developed on this subject, and there are even some plants already in operation, usually for electric power generation, but mostly at the experimental level. It is. You can say without risk to be mistaken that it is a technical sector in full boil at the moment, since the potential of obtainable energy, you leave them is very important, especially in certain areas of! planet.
Los sistemas de aprovechamiento energético de las diferencias del nivel del mar producidas por las, mareasThe systems of energy use of the differences in sea level produced by the tides
Igualmente, también se han desarrollado numerosos estudios y patentes sobre este tema, e incluso existen algunas centrales ya funcionando. La tecnología que más se ha desarrollado consiste en Ia creación de un dique, normalmente aprovechando para cerrar una caía existente mientras ¡a marea va subiendo ó bajando, abriendo y cerrando compuertas en Ia pleamar y ¡a bajamar para llenar y desaguar repectivamente el recinto creado entre Ia cala y el dique. Mediante unas turbinas se aprovechan los desniveles creados para generar. energía eléctrica.Likewise, numerous studies and patents on this subject have also been developed, and there are even some plants already in operation. The technology that has been most developed consists in the creation of a dike, normally taking advantage to close an existing fall while at tide it goes up or down, opening and closing floodgates at high tide and at low tide to fill and drain the created enclosure between the cove and the dike. The turbines take advantage of the unevenness created to generate. Energy electric
La generación de energía eléctrica a partir de Ia fuerza del vientoThe generation of electrical energy from the force of the wind
Los aerogeneradores se han desarrollado enormemente durante los últimos tiempos, y consisten en una torre que en su cima tiene el rotor • con las palas que - son movidas por el viento,- el generador y el multiplicador.Wind turbines have developed enormously in recent times, and consist of a tower that has the rotor at its top • with blades that - are moved by the wind, - the generator and the multiplier.
Las turbinas hidráulicasHydraulic turbines
Las turbinas hidráulicas son dispositivos que generan energía eléctrica a partir de Ia energía hidráulica disponible en un fluido.Hydraulic turbines are devices that generate electrical energy from the hydraulic energy available in a fluid.
las baterías electroquímicaselectrochemical batteries
>.»,. Son.. dispositivas .electroquímicos que almacenan energía en forma química. Para ello, previamente necesitan cargarse a partir de una corriente eléctrica. Una vez cargadas, mantienen almacenada Ia energía que les ha sido aplicada y posteriormente la vuelven a descargar al conectarlas de nuevo a un circuito eléctrico.>. »,. They are ... electrochemical devices that store energy in chemical form. To do this, they previously need to be charged from an electric current. Once charged, they keep stored the energy that has been applied to them and then download it again when connected again to an electrical circuit.
Por tanto, las baterías actuales se cargan con energía eléctrica, que previamente ha debido ser generada con cualquiera de las tecnologías existentes en Ia actualidad.Therefore, current batteries are charged with electric power, which has previously been generated with any of the technologies currently available.
Las centrales de bombeo reversibleReversible pumping stations
La producción de energía eléctrica proviene en un alto porcentaje de centrales que necesariamente producen energía eléctrica de . forma continuada, como es el caso de las centrales térmicas, o bien en momentos que no se pueden controlar, como es el caso de las plantas-de generación eólica, ya que generan energía eléctrica cuando hay viento.The production of electricity comes from a high percentage of plants that necessarily produce electricity from. shape continued, as is the case of thermal power plants, or at times that cannot be controlled, as is the case of wind-generating plants, since they generate electricity when there is wind.
Obviamente, Ia demanda de energía eléctrica no es continua en el tiempo, existiendo un enorme decremento de Ia misma por las noches. Es por ello que se construyen centrales de bombeo reversible, que consisten en bombear agua de noche a través de una tubería forzada hasta una altura determinada, con el consiguiente consumo de energía eléctrica, dejándola almacenada hasta el día siguiente, y turbinándola entonces, generando Ia consiguiente energía eléctrica. De esta forma se consigue una mejor regulación, ajustando en mayor medida Ia producción de energía eléctrica a Ia demanda.Obviously, the demand for electrical energy is not continuous over time, there being a huge decrease in it at night. That is why reversible pumping plants are built, which consist of pumping water at night through a forced pipe to a certain height, with the consequent consumption of electrical energy, leaving it stored until the next day, and then turbinating it, generating Ia consequent electrical energy. In this way, better regulation is achieved, adjusting to a greater extent the production of electrical energy to the demand.
Las centrales de bombeo reversible son en Ia actualidad el sistema más comúnmente utilizado para almacenar energía a gran escala.Reversible pumping plants are currently the most commonly used system to store energy on a large scale.
La utilización de un gas a presión como medio de almacenamiento de energíaThe use of a gas under pressure as a means of energy storage
Existe otra forma factible de almacenar energía a gran escala, y es utilizando Ia energía para comprimir un gas en el interior de un tanque a presión, dejándolo luego cerrado hasta que se necesite de nuevo Ia energía, momento en el que se abre el tanque de nuevo y se turbina el gas del interior.There is another feasible way to store energy on a large scale, and it is using the energy to compress a gas inside a pressure tank, then leaving it closed until the energy is needed again, at which time the tank is opened. new and the gas inside is turbined.
Sin embargo, este sistema presenta grandes inconvenientes en su contra:However, this system has major drawbacks against it:
- es necesaria la construcción de un gran tanque de almacenamiento, cuyas paredes han de ser capaces de soportar Ia presión del gas en su interior, y ello requiere espesores elevados de acero u oíros maíeriales de alta resistencia con importantes costes económicos- the construction of a large tank of storage, whose walls have to be able to withstand the pressure of the gas inside, and this requires high thicknesses of steel or high resistance maíerial eíros with significant economic costs
- los gases sufren un calentamiento importante al ser comprimidos, Io que supone que, si se quieren almacenar tras su compresión, resulta necesario aislar térmicamente el tanque de almacenamiento, Io que nuevamente supone elevados costes económicos- the gases undergo significant heating when compressed, which means that, if they are to be stored after compression, it is necessary to thermally isolate the storage tank, which again implies high economic costs
Debido a estos inconvenientes, el almacenamiento de gas a presión se utiliza tan sólo a nivel industrial para determinadas aplicaciones, pero no se ha utilizado hasta ahora como sistema de regulación de Ia energía eléctrica a gran escala más que en aquellos lugares en los que se dispone de una mina abandonada ó cavernas naturales para el almacenamiento del gas, que puedan ser capaces de soportar la presión del gas y mantener un aislamiento térmico aceptable. Es Io que se ha denominado tecnología CAES (Compressed Air Energy Storage).Due to these inconveniences, the storage of pressurized gas is used only at an industrial level for certain applications, but it has not been used until now as a system for regulating large-scale electrical energy more than in those places where it is available from an abandoned mine or natural caverns for gas storage, which may be able to withstand gas pressure and maintain acceptable thermal insulation. This is what has been called CAES (Compressed Air Energy Storage) technology.
Una vez superados los problemas de Ia construcción de un tanque a presión para el almacenamiento del gas, Ia generación de energía eléctrica incorporando Ia tecnología CAES presenta importantes ventajas operativas frente a las tecnologías convencionales de generación de energía eléctrica mediante turbinas de gas ó centrales de ciclo combinado. Los intercambiadores de presión de cámaras desdobladas (IPCD's)Once the problems of the construction of a pressure tank for gas storage have been overcome, the generation of electric power incorporating CAES technology presents significant operational advantages over conventional technologies for generating electric power through gas turbines or cycle plants combined. Pressure exchangers of unfolded chambers (IPCD's)
Se caracterizan por ser intercambiadores de presión en los que las cámaras en las que se produce el intercambio de presiones se desdoblan en dos, una para cada uno de los fluidos. De este modo, cada uno de los fluidos sólo circula por su cámara correspondiente, haciendo imposible la mezcla de los mismos.They are characterized by being pressure exchangers in which the chambers in which the exchange of pressure takes place are divided into two, one for each of the fluids. In this way, each of the fluids only circulates through its corresponding chamber, making it impossible to mix them.
Los IPCD's pueden tener múltiples etapas, desdoblando en varias las cámaras del fluido cuya presión se cede, que se utilizan o no dependiendo de Ia presión disponible del fluido, mediante un sistema de válvulas, consiguiendo transmitir así una presión Io más homogénea posible al fluido a presurizar.The IPCD's can have multiple stages, unfolding in several the fluid chambers whose pressure is transferred, which are used or not depending on the available fluid pressure, by means of a valve system, thus managing to transmit a pressure as homogeneous as possible to the fluid at pressurize.
También se pueden desdoblar las cámaras del fluido a presurizar, consiguiendo así presurizarlo a diferentes presiones con Ia misma presión del fluido de alimentación.The chambers of the fluid to be pressurized can also be unfolded, thus being able to pressurize it at different pressures with the same pressure of the feed fluid.
Las válvulas de balanceo para distribución de caudalBalancing valves for flow distribution
Son válvulas especialmente diseñadas para distribuir grandes caudales a intercambiadores de presión sin requerir de consumos energéticos, ajustando las velocidades de apertura y cierre a Ia velocidad del fluido a distribuir y minimizando las pérdidas de energía.They are valves specially designed to distribute large flows to pressure exchangers without requiring energy consumption, adjusting the opening and closing speeds at the speed of the fluid to be distributed and minimizing energy losses.
Búsqueda en espaceπetSearch in espaceπet
Se ha realizado una búsqueda exhaustiva en Ia base de datos espacenet de documentos de patentes relativas a todos los temas aquí descritos, y se ha podido comprobar que, aunque en Ia actualidad existe un importante desarrollo de todas estas tecnologías, ninguna de ellas aporta las innovaciones que aquí se van a presentar.An exhaustive search has been carried out in the Spanish database of patent documents related to all the topics described here, and it has been possible to verify that, although currently there is An important development of all these technologies, none of them brings the innovations that are going to be presented here.
d. Explicación de Ia invenciónd. Explanation of the invention
Problemas técnicos planteados por Ia desalación de agua de marTechnical problems raised by the desalination of seawater
El principal problema que se encuentra Ia desalación de agua es el elevado consumo energético que resulta necesario para llevar a cabo el proceso.The main problem that is the desalination of water is the high energy consumption that is necessary to carry out the process.
Además, tras el proceso de desalación se produce un caudal muy importante de salmuera, que en el caso de desaladoras de agua de mar se reconduce normalmente al mar, con el coste económico correspondiente, y con problemas medioambientales asociados.In addition, after the desalination process, a very large brine flow occurs, which in the case of seawater desalination plants is normally redirected to the sea, with the corresponding economic cost, and associated environmental problems.
Problemas técnicos planteados por las turbinas hidráulicasTechnical problems posed by hydraulic turbines
Las turbinas tienen el inconveniente de que están diseñadas para una altura y un caudal disponibles determinados. Si se apartan de dicho punto de diseño, el rendimiento cae considerablemente. En .cualquier caso, se han desarrollado turbinas con los alabes regulables que atenúan esta circunstancia, pero sigue existiendo un entorno de altura y caudal fuera del cual no presentan rendimientos aceptables.The turbines have the disadvantage that they are designed for a given height and flow rate. If they deviate from that design point, the performance drops considerably. In any case, turbines have been developed with adjustable blades that mitigate this circumstance, but there is still an environment of height and flow outside of which there are no acceptable yields.
Problemas técnicos planteados por los sistemas de aprovechamiento energético de las olas del marTechnical problems posed by the energy use systems of sea waves
E! principa! problema que se plantea para este tipo de sistemas reside en que Ia altura, Ia dirección y ei tiempo entre picos de las olas es muy variable en el tiempo, requiriéndose un sistema que sea Io suficientemente versátil como para dar un rendimiento aceptable en cualquiera de las situaciones posibles.AND! principals! problem that arises for this type of systems resides in which the height, direction and time between wave peaks is very variable in time, requiring a system that is versatile enough to give acceptable performance in any of the possible situations.
Problemas técnicos planteados por ios sistemas de aprovechamiento energético de las diferencias del nivel del mar - producidas por ¡as mareasTechnical problems posed by the systems of energy use of differences in sea level - produced by tides
El modelo del dique anteriormente descrito presenta un fuerte impacto medioambiental. Al margen de ello, Ia altura de agua de mar de Ia que se dispone para alimentar Ia turbina es variable, pues al irse llenando ó vaciando Ia cala Ia cota del agua en Ia misma se va aproximando a Ia del nivel del mar hasta llegar a alcanzarla. Es por ello las turbinas nunca pueden dar un buen rendimiento.The dike model described above has a strong environmental impact. Apart from that, the height of sea water that is available to feed the turbine is variable, because when the cove is filled or emptied, the level of the water in it is approaching that of the sea level until reaching reach it. That is why turbines can never give good performance.
Problemas .- técnicos planteados por Ia generación de energía eléctrica a partir de Ia fuerza del vientoProblems .- technicians raised by the generation of electrical energy from the force of the wind
Nuevamente en estas tecnologías resulta muy difícil encontrar un sistema que proporcione un buen rendimiento, ya que Ia dirección y Ia intensidad del viento varía en un amplio rango. De hecho, los aerogeneradores actuales sólo consiguen aprovechar completamente Ia energía eólica disponible hasta que Ia velocidad del viento es tal que se llega a Ia potencia nominal del generador. A partir de este punto, para velocidades del viento mayores, en los aerogeneradores modernos con palas orientables Ia potencia obtenida por los mismos permanece prácticamente constante, mientras que Ia energía eólica disponible crece con el cubo de Ia velocidad del viento. Además, los aerogeneradores actuales tienen un sistema que los bloquea cuando se presentan unos valores mínimos y máximos de Ia intensidad del viento.Again in these technologies it is very difficult to find a system that provides good performance, since the wind direction and intensity varies in a wide range. In fact, current wind turbines only take full advantage of the available wind energy until the wind speed is such that the nominal power of the generator is reached. From this point, for higher wind speeds, in modern wind turbines with adjustable blades the power obtained by them remains practically constant, while the available wind energy grows with the wind speed cube. In addition, current wind turbines have a system that blocks them when they are presented minimum and maximum values of wind intensity.
Por otro lado, existe otro inconveniente que está impidiendo un mayor desarrollo de los parques eólicos en Ia actualidad, que es el impacto medioambiental de los mismos. Es por ello, y por supuesto porque Ia calidad del viento es mejor mar adentro y porque no hay que adquirir terrenos ó llegar a acuerdos con sus propietarios para instalar los parques eólicos, por Io que incluso se están desarrollando cada vez más los parques eólicos dentro del mar, a una cierta distancia de Ia costa.On the other hand, there is another drawback that is preventing further development of wind farms today, which is their environmental impact. That is why, and of course because the quality of the wind is better offshore and because there is no need to acquire land or reach agreements with their owners to install wind farms, so even more and more wind farms are being developed within from the sea, at a certain distance from the coast.
Problemas técnicos planteados por las haterías electroquímicasTechnical problems raised by electrochemical batteries
Las baterías que almacenan energía en forma química tienen un alto coste y ocupan un volumen importante, por Io cual es impensable utilizarlas para almacenar energía en cantidades importantes.Batteries that store energy in chemical form have a high cost and occupy an important volume, so it is unthinkable to use them to store energy in significant quantities.
. Además, se van deteriorando con el uso hasta que hay que desecharlas, generándose así un residuo altamente contaminante.. In addition, they deteriorate with use until they have to be discarded, thus generating a highly polluting residue.
Problemas técnicos planteados por las centrales de bombeo reversibleTechnical problems raised by reversible pumping plants
Presentan el problema de que es necesario disponer de un desnivel geográfico entre el lugar de almacenamiento del agua para su bombeo ó proveniente del turbinado y el lugar donde se almacena el agua para su turbinado ' procedente de su bombeo. En Ia práctica se construyen aprovechando desniveles geográficos naturales.They present the problem that it is necessary to have a geographical difference between the place where the water is stored for pumping or from the turbination and the place where the water for its turbination is stored ' from its pumping. In practice they are built taking advantage of natural geographical slopes.
Además, Ia utilización de agua en estado líquido requiere grandes volúmenes de los lugares de almacenamiento y secciones de Ia tubería forzada elevadas.In addition, the use of water in a liquid state requires large volumes of storage places and sections of the pipe forced high.
Problemas técnicos planteados por la utilización de un gas a presión corno medio de almacenamiento de energíaTechnical problems posed by the use of a gas under pressure as an energy storage medium
Tal como se ha explicado anteriormente, resulta inviable el almacenamiento de energía a gran escala introduciendo un gas- a presión en un tanque cerrado, debido a los espesores de pared y al aislamiento que resultan necesarios.As explained above, large-scale energy storage is not feasible by introducing a pressure gas into a closed tank, due to the wall thicknesses and insulation that are necessary.
El almacenamiento en minas abandonadas ó cavernas (tecnologíaStorage in abandoned mines or caverns (technology
CAES) presenta el inconveniente evidente de que resulta disponer de las mismas y que además sus características permitan su utilización para albergar el aire a presión. Además, existe otro inconveniente muy claro que presenta Ia tecnología CAES, ya que mientras se llena ó se vacía Ia mina ó caverna Ia presión del aire va aumentando ó disminuyendo progresivamente, y ello implica, sin duda, que ni los compresores ni las turbinas de Ia instalación funcionen a pleno rendimiento en todo momento.CAES) has the obvious drawback that it is available and that its characteristics also allow its use to house the air under pressure. In addition, there is another very clear inconvenience that CAES technology presents, since while the mine or cavern is filled or emptied, the air pressure is gradually increasing or decreasing, and this implies, without a doubt, that neither the compressors nor the turbines of The installation work at full capacity at all times.
Descripción general de la invención y soluciones aportadasGeneral description of the invention and solutions provided
Objeto principal de Ia invenciónMain object of the invention
El objeto principal de Ia invención consiste en Ia obtención de procedimientos para Ia desalación del agua de mar que se basen en Ia utilización de energías renovables para su operación, y que traten de producir un vertido cero de salmuera al mar. Debido a estas características, a las plantas desaladoras que utilizan Ia tecnología que SΘ va a presentar a continuación se les ha denominado plantas desaladoras ambientales.The main object of the invention consists in obtaining procedures for desalination of seawater that are based on the use of renewable energy for its operation, and that try to produce a zero discharge of brine into the sea. Due to these characteristics, desalination plants that use the technology that SΘ will present below have been called plants environmental desalination plants.
La tecnología de intercambiadores de presión de cámaras desdobladas (IPCD's), en conexión con Ia de válvulas de balanceo para distribución de caudal, desarrolladas por ei autor principal de esta invención, permite idear sistemas de aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar, de las diferencias del nivel del mar producidas por las mareas e incluso de Ia fuerza del viento que van a suponer una mejora notable del rendimiento que presentan los sistemas que actualmente se encuentran en funcionamiento. Las plantas desaladoras ambientales captarán energía de una ó varias de las fuentes mencionadas por los procedimientos que se describirán más adelante.The technology of pressure exchangers of unfolded chambers (IPCD's), in connection with the balancing valves for flow distribution, developed by the main author of this invention, allows to devise systems for harnessing the energy of sea waves, of the differences in the level of the sea produced by the tides and even the force of the wind that will suppose a remarkable improvement of the performance that the systems that are currently in operation present. Environmental desalination plants will capture energy from one or more of the sources mentioned by the procedures described below.
.El principal problema que presentan las fuentes de energía renovable reside en que se presentan de forma muy distinta en el tiempo, y con intensidades muy diferentes. Para ello, resulta fundamental IaThe main problem presented by renewable energy sources is that they occur very differently over time, and with very different intensities. For this, it is essential Ia
\ incorporación de- un- sistema de almacenamiento de Ia energía, que permita trabajar a los equipos que aprovechan dichas fuentes de energía a pleno rendimiento en todo momento. La invención incluye varios sistemas posibles de almacenamiento de Ia energía, que se describirán más adelante.\ incorporation of an energy storage system that allows the equipment that uses these energy sources to work at full capacity at all times. The invention includes several possible energy storage systems, which will be described later.
Finalmente, Ia invención incluye un sistema para separar el agua de Ia sal de Ia salmuera, produciendo un vertido cero de salmuera al mar, evitando así Ia contaminación del mar, y consiguiendo agua desalada y sal como productos.Finally, the invention includes a system to separate the water from the salt from the brine, producing a zero spillage of brine into the sea, thus avoiding contamination of the sea, and obtaining desalinated water and salt as products.
La batería de fluidosThe fluid battery
La idea básica de ía. batería de fluidos consiste en utilizar Ia presión de un fluido (fluido de carga) para transmitirla a un gas (fluido de almacenamiento) que se encuentra en una cámara estanca, dejando luego cerrada Ia cámara donde se encuentra el gas de tal forma que Ia energía que ha transmitido el fluido al gas queda almacenada en el mismo, para ser utilizada posteriormente cuando sea necesario transmitiéndole Ia presión del gas en Ia cámara a un tercer fluido (fluido de descarga):The basic idea of ía. fluid battery consists in using the pressure of a fluid (charging fluid) to transmit it to a gas (storage fluid) that is in a sealed chamber, then leaving the chamber where the gas is located so that the energy that has transmitted the fluid to the gas is stored in it, to be used later when necessary by transmitting the gas pressure in the chamber to a third fluid (discharge fluid):
El intercambio de presiones entre los fluidos de carga y de descarga y el gas al cargarse y descargarse Ia batería de fluidos se puede realizar mediante cualquier tipo de sistema de intercambio de presiones, pero Ia incorporación de IPCD's multietapa permite manejar las variaciones de presión del gas de almacenamiento en Ia cámara sin apenas pérdida de energía.The exchange of pressures between the loading and unloading fluids and the gas when the fluid battery is charged and discharged can be carried out by any type of pressure exchange system, but the incorporation of multi-stage IPCDs allows to manage the gas pressure variations of storage in the chamber with hardly any loss of energy.
Temperatura y volumen de ¡a cámaraTemperature and volume of the chamber
Como es bien conocido, Ia presión de un gas es directamente proporcional a Ia temperatura a Ia que se encuentra e inversamente proporcional al volumen que ocupa. Al transmitir Ia presión del fluido de carga al gas se reduce el volumen que ocupa el mismo, y, si Ia temperatura permanece constante, aumenta Ia .presión del gas. en Ia cámara. Esto implica que Ia resistencia que el gas opone al fluido de carga durante Ia carga, así como la fuerza que ejerce sobre el fluido de descarga durante Ia descarga, irán sufriendo una variación a Io largo de Ia carrera del pistón, pistones ó sistema de intercambio de presiones que se monte.As is well known, the pressure of a gas is directly proportional to the temperature at which it is located and inversely proportional to the volume it occupies. By transmitting the pressure of the charge fluid to the gas, the volume it occupies is reduced, and, if the temperature remains constant, the pressure of the gas increases. in the chamber. This implies that the resistance that the gas opposes to the loading fluid during the loading, as well as the force exerted on the discharge fluid during the discharge, will suffer a variation along the stroke of the piston, pistons or exchange system of pressures that mount.
Por todo Io expuesto, se puede diseñar Ia cámara con un volumen grande respecto a! que se va a comprimir y expandir durante, los intercambios de presiones con los otros fluidos, de tal forma que Ia variación de presiones en el gas se vea aminorada. Además, los intercambios de presiones se pueden realizar mediante IPCD's multietapa, de forma que se vayan poniendo en funcionamiento las diferentes etapas en función de Ia presión del gas en Ia cámara, optimizando así el rendimiento en las transferencias de energía entre el gas de Ia cámara y ios otros dos fluidos.For all the above, the camera can be designed with a large volume with respect to! that will be compressed and expanded during, the exchanges of pressures with the other fluids, so that the variation in pressures in the gas is reduced. In addition, pressure exchanges can be carried out through multi-stage IPCDs, so that the different stages are put into operation depending on the pressure of the gas in the chamber, thus optimizing the performance in energy transfers between the gas in the chamber and the other two fluids.
Otra posibilidad interesante consiste en enfriar el gas previo a la carga de Ia batería de fluidos y calentarlo previo a Ia descarga, apoyándose enAnother interesting possibility is to cool the gas prior to charging the battery of fluids and heat it before discharge, relying on
Sa energía solar ó en cualquier otro medio, de modo que se reduce Ia energía que Ie debe ceder el fluido de carga al cargarse y se amplía Ia energía que Ie cede al fluido de descarga al descargarse.It is solar energy or in any other medium, so that the energy that the load fluid must transfer when charging is reduced and the energy that is transferred to the discharge fluid when it is discharged is extended.
Sistema de regulación de Ia presiónPressure regulation system
Tal como se ha descrito, en las baterías de fluidos existe el inconveniente del aumento de Ia presión del gas durante Ia carga de Ia batería, aunque se han descrito diversos métodos encaminados a reducir este problema.As described, in fluid batteries there is the disadvantage of increasing the gas pressure during the charging of the battery, although various methods have been described aimed at reducing this problem.
Existe, una forma de resolver completamente este problema, , y consiste en dejar que el gas se expansione por otro conducto durante Ia carga, utilizando Ia energía de esta expansión para transmitirla a un cuarto fluido (fluido de regulación), bien haciéndole subir de cota, o bien desplazándolo cuando se encuentra almacenado a determinada presión estática. Para ello se puede utilizar cualquier tipo de sistema de intercambio de presiones. A este proceso se Ie ha denominado sistema de regulación de Ia presión. E! sistema descrito en el párrafo anterior consigue que ia presión del gas permanezca constante en todo momento, y es por ello que en determinadas situaciones puede interesar sustituirlo por un líquido, e incluso eliminarlo y utilizar en su lugar el propio fluido de carga.There is a way to completely solve this problem, and it consists in letting the gas expand through another conduit during the loading, using the energy of this expansion to transmit it to a fourth fluid (regulating fluid), either causing it to rise , or by moving it when it is stored at a certain static pressure. For this, any type of pressure exchange system can be used. This process has been called the pressure regulation system. AND! The system described in the previous paragraph ensures that the gas pressure remains constant at all times, and that is why in certain situations it may be interesting to replace it with a liquid, and even eliminate it and use the charging fluid itself instead.
La batería submarinaUnderwater battery
Más concretamente, ia batería se puede ubicar sumergida donde exista agua sometida a una determinada presión estática (mares, lagos, embalses, eíc). Se construiría de tal forma que al menos una de las paredes de Ia misma se pueda desplazar libremente contra el agua a presión dei exterior, de tal modo que Ia presión en el interior se iguale con Ia dei exterior. Así pues, Ia batería se llenaría insuflando un fluido a presión (concretamente a ía presión estática a Ia que se encuentra sometida el agua a Ia profundidad a Ia que se encuentre Ia batería), mantendría posteriormente Ia energía almacenada cerrando una válvula, y se vaciaría simplemente dejando descargar el gas movido por el empuje del agua sometida a presión estática. Es Io que se ha denominado Ia batería submarina.More specifically, the battery can be located submerged where there is water under a certain static pressure (seas, lakes, reservoirs, etc.). It would be constructed in such a way that at least one of the walls thereof can move freely against the pressurized water from the outside, so that the pressure inside is equalized with that of the outside. Thus, the battery would be filled by inflating a pressurized fluid (specifically at the static pressure to which the water is subjected to the depth to which the battery is located), it would subsequently keep the stored energy by closing a valve, and it would empty simply by letting off the gas moved by the thrust of the water under static pressure. It is what has been called the underwater battery.
Para Ia construcción de baterías submarinas que utilizan un gas como fluido, de almacenamiento, así como para ía tubería de alimentación, resulta necesaria Ia disposición de un contrapeso que impida el ascenso de Ia batería por flotación.For the construction of underwater batteries that use a gas as a fluid , for storage, as well as for the supply pipe, the provision of a counterweight that prevents the ascent of the battery by flotation is necessary.
El almacenamiento de fluidos en baterías submarinas presenta Ia ventaja adiciona! de que permite el aprovechamiento energético de las diferencias del nivel del mar producidas por las mareas, simplemente cargando Ia batería durante Ia bajamar y descargándola durante ía pleamar. Sistemas de aprovechamiento energético de las olas del marThe storage of fluids in underwater batteries has the added advantage! that allows the energy use of the differences in sea level caused by the tides, simply charging the battery during low tide and discharging it during high tide. Systems of energy use of sea waves
Tal como se ha descrito en el apartado d "Explicación de Ia invención. Problemas planteados por el aprovechamiento energético de las olas del mar", el principal inconveniente que presentan estas centrales estriba en que Ia altura, Ia dirección y el tiempo entre picos de las olas es muy variable en el tiempo, requiriéndose un sistema que sea Io suficientemente versátil como para dar un rendimiento aceptable en cualquiera de las situaciones posibles.As described in section d "Explanation of the invention. Problems posed by the energetic use of ocean waves", the main drawback of these plants is that the height, direction and time between peaks of the Waves vary greatly over time, requiring a system that is versatile enough to give acceptable performance in any of the possible situations.
Con Ia utilización de IPCD's multietapa y baterías de- fluidos este inconveniente se puede soslayar, ya que Ia presencia de múltiples etapas aporta al sistema Ia versatilidad suficiente para que sean capaces de aprovechar mejor Ia energía de que disponen las olas.With the use of multi-stage IPCDs and batteries, this inconvenience can be overcome, since the presence of multiple stages gives the system enough versatility so that they are able to make better use of the energy available to the waves.
A los sistemas que combinan el intercambio de presiones y el almacenamiento de energía en baterías de fluidos se les ha denominado sistemas PREXTOR (Pressure Exchange & Storage Systems).Systems that combine pressure exchange and energy storage in fluid batteries have been called PREXTOR (Pressure Exchange & Storage Systems) systems.
Se han estudiado las ventajas e inconvenientes de Ia aplicación de los sistemas PREXTOR a los diferentes procedimientos de captación de Ia energía de las olas del mar, y los resultados de este estudio se han reflejado en Ia Tabla.1 adjunta en Ia página siguiente.The advantages and disadvantages of the application of PREXTOR systems to the different procedures for capturing the energy of sea waves have been studied, and the results of this study have been reflected in Table 1 attached on the following page.
Tras el estudio realizado, parece justificarse Ia tendencia actual hacia sistemas OWC aéreos, sobre iodo cuando se trata del aprovechamiento de Ia energía de las olas a Io largo de Ia línea de costa. OAfter the study carried out, the current trend towards aerial OWC systems seems to be justified, especially when it comes to the use of wave energy along the coastline. OR
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Tabla.1 (I) Comparativa de los diferentes sistemas de aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar Table 1 (I) Comparison of the different systems for harnessing the energy of sea waves
vaivén sobre OWCsway over OWC
Descripción OWC aéreo OWC articulado tapchan turbina flotante empuje frontal rótula fija sumergido es capaz de es capaz deDescription OWC airborne OWC articulated tapchan floating turbine thrust front spherical fixed kneecap is capable of is capable of
Inmune a las ;apta Ia energía captar una captar una evita el facilidad de simplicidad en diferencias de cinética y Ia mayorImmune to the energy apt to capture an avoids the ease of simplicity in differences in kinetics and the greater
Pr mayor riincipales ventajas turbinado de construcción y el nivel del mar potencial sin proporción de Ia proporción de Ia agua de mar montaje funcionamiento producidas por necesidad de energía energía cinéticaPr greater riincipales advantages turbinado of construction and the level of the potential sea without proportion of the proportion of the sea water assembly operation produced by need of energy kinetic energy
O las mareas convertidores potencial de Ia de Ia olaOr the potential converting tides of Ia de la ola
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D implica el implica el implica el m co al estar por turbinado de turbinado de turbinado de al estar porD implies the implies the implies the co by being turbinated by turbine than by being
Ia rótula bajo elThe kneecap under the
C encima del nivel Ia energía agua de mar, Io agua de mar, Io agua de mar, Io encima del nivel CO agua puede dar del mar, el obtenida es que conlleva que conlleva que conlleva del mar, el muchosC above the level of seawater energy, seawater, seawater, above water level CO can give the sea, the result is that it entails that leads from the sea, the many
C sistema ha de reducida muchos muchos muchos sistema ha de problemas O ser muy robusto problemas problemas problemas ser muy robustoC system has reduced many many many system has problems OR be very robust problems problems problems be very robust
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Ia turbina el generador Ia turbina Ia turbina el generador Ia turbina el generador m funciona con funciona con funciona con funciona con funciona con funciona con funciona con rincipales mucha mucha mucha mucha mucha mucha mucha nconvenientes frecuencia fuera frecuencia fuera frecuencia fuera frecuencia fuera frecuencia fuera frecuencia fuera frecuencia fueraThe turbine generator The turbine Ia turbine The generator Ia turbine generator m works with works with works with works with works with works with rincipales many much much many many many disadvantages frequency out frequency out frequency out frequency out frequency out frequency out frequency out frequency out
IO de su punto de de su punto de de su punto de de su punto de de su punto de de su punto de de su punto de diseño diseño diseño diseño diseño diseño diseño al turbinarse requiere un las dimensiones aire húmedo al estar sobre el sistema de necesarias para también existen nivel del mar, el posicionamiento los conductos problemas de sistema ha de en función de Ia hacia Ia turbina corrosión en Ia ser muy robusto dirección de las son enormes turbina olasIO of its point of its point of its point of its point of its point of its point of its point of its design point design design design design design design when turbinated requires a wet air dimensions to be on the system of necessary for sea level also exist, the positioning of the system problems ducts has to depend on the corrosion towards the turbine in the very robust direction of the huge turbine waves
Tabla.1(11) Comparativa de los diferentes sistemas de aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar Table 1 (11) Comparison of the different systems for harnessing the energy of sea waves
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Tabla.1(111) Comparativa de los diferentes sistemas de aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar Table 1 (111) Comparison of the different systems for harnessing the energy of sea waves
Pero, sin embargo, tal como se muestra en Ia Tabla.1, Ia incorporación de Ia tecnología de IPCD's a estos sistemas, aún cuando es perfectamente aplicable a los sistemas OWC aéreos y conseguirá sin duda una mejora significativa del rendimiento de los mismos, abre nuevas puertas a otros sistemas que, presentando mejores rendimientos, no se han llegado a desarrollar de forma significativa debido a determinados inconvenientes que se muestran en Ia tabla y que Ia tecnología de IPCD's puede soslayar. Estos sistemas son el OWC sumergido y el sistema de empuje frontal.However, as shown in Table 1, the incorporation of IPCD technology to these systems, even though it is perfectly applicable to the OWC air systems and will undoubtedly achieve a significant improvement in their performance, opens new doors to other systems that, presenting better yields, have not been developed significantly due to certain inconveniences shown in the table and that the IPCD technology can circumvent. These systems are the submerged OWC and the front thrust system.
Como quiera que, por un lado, según Ia información de que se dispone, parece ser que Ia energía de una ola está dividida en proporciones aproximadamente iguales de energía cinética y de energía potencial (esto es algo que habrá que confirmar durante Ia fase de experimentación), y, por otro lado, las estructuras aéreas a nivel del mar requieren una enorme robustez (ya que el empuje de las olas es mucho mayor cuanto más hacia Ia superficie, debido al movimiento de las partículas de agua en una ola, según se muestra en Ia Figura.1), y presentan un fuerte impacto ambiental, parece lógico pensar que, si se consigue dar solución a los problemas de corrosión marina, Ia opción de los sistemas OWC sumergidos con Ia incorporación de Ia tecnología de IPCD's se perfila como Ia más interesante, más aún si se Ie incorporan sistemas previos de concentración del oleaje y de conversión de Ia energía cinética.Since, on the one hand, according to the information available, it seems that the energy of a wave is divided into approximately equal proportions of kinetic energy and potential energy (this is something to be confirmed during the experimentation phase ), and, on the other hand, the aerial structures at sea level require an enormous robustness (since the thrust of the waves is much greater the more towards the surface, due to the movement of the water particles in a wave, according to shown in Figure 1), and have a strong environmental impact, it seems logical to think that, if it is possible to solve the problems of marine corrosion, the option of submerged OWC systems with the incorporation of IPCD technology is outlined as The most interesting, even more so if previous systems of wave concentration and conversion of kinetic energy are incorporated.
Sistemas cercanos a Ia línea de costaSystems near the coast line
Ya que el destino final de Ia energía obtenida se encontrará normalmente en tierra firme, parece lógico pensar que el mayor campoSince the final destination of the energy obtained will normally be on the mainland, it seems logical to think that the largest field
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) de aplicación de los sistemas OWC sumergidos con tecnología de IPCD's resida en instalaciones cercanas a Ia línea de costa, a Ia mínima profundidad posible como para que se encuentren en todo momento sumergidos, teniendo en cuenta las desviaciones del nivel del mar producidas por las mareas y las condiciones límite de oleaje previstas.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) of application of the OWC systems submerged with IPCD technology resides in facilities near the coast line, at the minimum possible depth so that they are at all times submerged, taking into account the deviations of the sea level produced by the tides and the expected wave limit conditions.
En cuanto a Ia disposición espacial de los mismos, en instalaciones cercanas a Ia línea de costa Ia opción más interesante parece ser Ia horizontal, pues, de realizarse en vertical, el sistema requeriría una robustez mucho mayor, ya que, como se ha explicado anteriormente, el empuje de las olas es mucho mayor cuanto más hacia Ia superficie, según se muestra en Ia Figura.1.As for the spatial arrangement of the same, in facilities close to the coastline the most interesting option seems to be the horizontal one, because, if carried out vertically, the system would require a much greater robustness, since, as explained above , the thrust of the waves is much greater the more towards the surface, as shown in Figure 1.
En Ia Figura. 2 se muestra un esquema de un sistema de aprovechamiento de Ia energía de las olas por el procedimiento OWC sumergido horizontal con tecnología de IPCD's. El agua de mar, gracias al incremento de energía potencial que Ie confiere el oleaje, acciona los pistones de las diferentes etapas del IPCD, que a su vez transmiten Ia presión a los cilindros de alta presión, de menor sección transversal, donde se comprime un fluido hasta una presión determinada. El sistema de control debe tener información sobre el nivel del mar en cada momento y en función de ello activar y desactivar las etapas que correspondan de los cilindros de alta presión.In the Figure. 2 shows a scheme of a system of use of wave energy by the OWC procedure submerged horizontally with IPCD technology. The seawater, thanks to the increase in potential energy that the wave confers, drives the pistons of the different stages of the IPCD, which in turn transmit the pressure to the high-pressure cylinders, of smaller cross-section, where a pressure is compressed fluid up to a certain pressure. The control system must have information about the sea level at all times and as a result activate and deactivate the corresponding stages of the high pressure cylinders.
Sistemas de captación de Ia energía cinéticaKinetic energy collection systems
Existe otra posibilidad que puede resultar interesante que consiste en dotar al sistema de un sistema adicional de captación de Ia energía cinética por empuje frontal, nuevamente con tecnología de IPCD's, sustitutivo o incluso complementario al sistema de conversión de IaThere is another possibility that may be interesting that consists in providing the system with an additional system for capturing kinetic energy by frontal thrust, again with IPCD technology, substitute or even complementary to the conversion system of Ia
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) energía cinética en potencial. Este sistema se colocaría sobre el IPCD de captación de Ia energía potencial, y podría diseñarse de forma que quedase siempre sumergido ó semisumergido, despreciando Ia obtención de parte de Ia energía cinética a cambio de rebajar el requerimiento de robustez del sistema y de evitar ó reducir el impacto ambiental. También podría incluso pensarse en que el sistema subiese y bajase con Ia marea de forma que se optimizase Ia captación de energía y se minimizase el impacto ambiental, constituyendo ésta una herramienta, además, para evitar tener que dimensionar el sistema para las condiciones más duras de oleaje, pudiéndose, simplemente, sumergir durante las fuertes marejadas.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) potential kinetic energy. This system would be placed on the IPCD to capture the potential energy, and could be designed so that it was always submerged or semi-submerged, neglecting the obtaining of part of the kinetic energy in exchange for lowering the system's robustness requirement and avoiding or reducing The environmental impact It could also be thought that the system went up and down with the tide in a way that optimized the energy collection and minimized the environmental impact, this being a tool, in addition, to avoid having to size the system for the harshest conditions of waves, being able to simply submerge during heavy swells.
Sistemas de conversión de Ia energía cinética en potencialSystems for converting the potential kinetic energy
Volviendo al esquema de Ia Figura. 2, Ia rampa inicial con Ia que se encuentran las olas constituye un sistema de conversión de parte de su energía cinética en potencial. Esta rampa podría ser recta, como en Ia figura, ó curva, de tal forma que se optimice Ia conversión de Ia energía teniendo en cuenta el movimiento de las partículas de agua en una ola.Returning to the scheme of Figure. 2, the initial ramp with which the waves meet constitutes a system of converting part of their kinetic energy into potential. This ramp could be straight, as in the figure, or curve, so that the conversion of the energy is optimized taking into account the movement of the water particles in a wave.
Sistema de concentración del oleajeWave concentration system
Además, tal como se ha explicado, se puede añadir un sistema de concentración del oleaje, de tal forma que en cada IPCD se capte Ia energía de una porción mayor del frente de ola que su propia dimensión transversal, reduciendo así las dimensiones de Ia instalación con el consiguiente ahorro económico. Este sistema constaría de dos muros verticales en los laterales de Ia rampa de concentración del oleaje que se van cerrando a medida que Ia rampa sube hasta llegar en su punto más alto a quedar muy cercanos entre sí, quedando a Ia distancia que ocupaIn addition, as explained, a wave concentration system can be added, so that in each IPCD the energy of a larger portion of the wavefront is captured than its own transverse dimension, thus reducing the dimensions of the installation with the consequent economic saving. This system would consist of two vertical walls on the sides of the wave concentration ramp that are closed as the ramp rises until it reaches its highest point to be very close to each other, being at the distance it occupies
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) el IPCD.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the IPCD.
Incremento de Ia energía potencial de las olas al entrar en resonanciaIncrease in the potential energy of the waves when entering resonance
Si se utiliza el sistema descrito de concentración del oleaje, e incluso si se utiliza con Ia rampa de conversión de Ia energía cinética en potencial, se pueden diseñar Ia rampa y/ó los muros laterales de tal forma que las olas de las que se espera disponer de forma predominante entren en resonancia y por tanto incrementen de forma notable su energía potencial. En este sentido se puede estudiar incluso en realizar los muros móviles para adaptarse en cada momento a las características del oleaje y hacerlo entrar en resonancia.If the described system of wave concentration is used, and even if it is used with the ramp of conversion of the potential kinetic energy, the ramp and / or the side walls can be designed in such a way that the waves from which it is expected dispose predominantly enter resonance and therefore significantly increase their potential energy. In this sense, you can even study moving walls to adapt at any time to the characteristics of the waves and bring it into resonance.
Aplicación a las plantas desaladoras ambientalesApplication to environmental desalination plants
La aplicación a Ia desalación del sistema presentado de aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar es directa e inmediata. Existen múltiples posibilidades para hacerlo, pero tal vez Ia más evidente sea Ia de utilizar agua pretratada para que sea presurizada en los cilindros de alta presión del IPCD para el aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar, alimentando posteriormente al sistema de almacenamiento de Ia energía y filtración por osmosis inversa que se describirá en el apartado f "Exposición detallada de al menos un modo de realización de Ia invención". Para poder hacerlo, debido al carácter oscilante de Ia presión generada en el IPCD, será necesario disponer de un calderín que ajuste Ia presión del agua pretratada y presurizada a su presión de trabajo en Ia instalación, tal como será descrito en el apartado f "Exposición detallada de al menos un modo de realización de Ia invención".The application to the desalination of the presented system of use of the energy of the waves of the sea is direct and immediate. There are multiple possibilities to do so, but perhaps the most obvious is that of using pretreated water to be pressurized in the high pressure cylinders of the IPCD for the use of the energy of sea waves, subsequently feeding the storage system of Ia energy and reverse osmosis filtration that will be described in section f "Detailed exposition of at least one embodiment of the invention". To be able to do so, due to the oscillating nature of the pressure generated in the IPCD, it will be necessary to have a boiler that adjusts the pressure of the pretreated and pressurized water to its working pressure in the installation, as will be described in section f "Exposure detailed of at least one embodiment of the invention ".
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Pretratamiento submarinoSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Underwater pretreatment
Se podría dar un paso más, y ubicar el pretratamiento de Ia planta desaladora bajo el mar, al nivel del IPCD para el aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar, que tendría que ser una profundidad tal que permitiese Ia alimentación de agua de mar al pretratamiento sin necesidad de bombeo previo. El sistema de pretratamiento podría ubicarse dentro de Ia rampa de conversión de energía cinética en potencial del IPCD, y se aprovecharía el peso de los filtros de arena (parte esencial del pretratamiento) para evitar Ia flotación del IPCD y para darle Ia estabilidad necesaria para su funcionamiento bajo el mar. Por otro lado, Ia captación de agua de mar podría realizarse en el fondo y mar adentro, donde el agua está más fría y su presión osmótica es menor, y conducirla hasta el pretratamiento sin necesidad de bombeo debido a Ia propia presión estática del agua.One more step could be taken, and to locate the pretreatment of the desalination plant under the sea, at the level of the IPCD for the use of the energy of the sea waves, which would have to be a depth that would allow the feeding of seawater to pretreatment without prior pumping. The pretreatment system could be located within the ramp of conversion of kinetic energy into potential of the IPCD, and the weight of the sand filters (essential part of the pretreatment) would be used to avoid the flotation of the IPCD and to give it the necessary stability for its functioning under the sea. On the other hand, the collection of seawater could be carried out at the bottom and in the sea, where the water is cooler and its osmotic pressure is lower, and lead to pretreatment without pumping due to the static pressure of the water itself.
Comportamiento del sistema ante cambios en Ia dirección de las olasSystem behavior before changes in wave direction
Existe un inconveniente adicional a solucionar en los sistemas de aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar, que estriba en que Ia dirección de las mismas es variable en el tiempo.There is an additional problem to be solved in the systems for harnessing the energy of sea waves, which is that their direction is variable in time.
Una forma de solucionar este inconveniente podría ser diseñar un conjunto de IPCD's modulares que pudiesen rotar para ajustarse en cada momento a Ia dirección de las olas, aunque dicho giro necesitaría de un coste energético importante. Una opción interesante en este sentido consistiría en colocar una vela que en función de Ia dirección del viento utilizase Ia fuerza del mismo para posicionar el IPCD.One way to solve this problem could be to design a set of modular IPCDs that could rotate to adjust at any time to the direction of the waves, although this turn would require a significant energy cost. An interesting option in this regard would be to place a sail that, depending on the direction of the wind, used its force to position the IPCD.
En cualquier caso, en instalaciones cercanas a Ia costa Ia dirección deIn any case, in facilities near the coast the address of
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) las olas varía en un ángulo que no es excesivamente elevado, y es muy posible que con una serie de IPCD's modulares con el sistema de concentración del oleaje propuesto pueda ser suficiente para alcanzar rendimientos aceptables en todo momento.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) The waves vary at an angle that is not excessively high, and it is quite possible that with a series of modular IPCDs with the proposed wave concentration system it may be sufficient to achieve acceptable yields at all times.
Montaje tipo boya de los IPCD'sIPCD's buoy mounting
El sistema de captación de energía potencial también se puede diseñar a modo de boya con un sistema de flotadores que empujen hacia arriba un pistón que haga cargarse Ia batería de fluidos mediante un IPCD. Esto podría resultar más conveniente cuando se pretende aprovechar Ia energía de las olas mar adentro, ya que a estas profundidades sería impensable acudir a sistemas de conversión de energía cinética en potencial y de concentración del oleaje, y, además, mar adentro existen normalmente múltiples trenes de olas en diferentes direcciones que se encuentran interaccionando entre sí.The potential energy collection system can also be designed as a buoy with a float system that pushes up a piston that charges the battery of fluids by means of an IPCD. This could be more convenient when it is intended to take advantage of the energy of the offshore waves, since at these depths it would be unthinkable to turn to systems of conversion of kinetic energy into potential and of wave concentration, and, in addition, offshore there are usually multiple trains of waves in different directions that are interacting with each other.
Control de Ia presión de Ia cámara de alojamiento de los cilindros de alta presiónControl of the pressure of the housing chamber of the high pressure cylinders
Uno de los principales problemas para el aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar es Ia existencia de las variaciones del nivel del mar producidas por las mareas, que impide a un gran número de los sistemas de aprovechamiento actuales disfrutar de un buen rendimiento y que encarece las instalaciones debido a que las obliga a tener dimensiones mucho mayores de las imprescindibles para cubrir el rango de alturas de oleaje que se adopte en el diseño. Una de las grandes ventajas del IPCD para el aprovechamiento de Ia energía potencial de las olas recogido en Ia Figura.2 es precisamente que, controlando Ia presión de Ia cámara donde se encuentran los cilindros de alta presión, se puedeOne of the main problems for harnessing the energy of sea waves is the existence of sea level variations produced by the tides, which prevents a large number of current harvesting systems from enjoying good performance and that It makes facilities more expensive because it forces them to have much larger dimensions than those necessary to cover the range of heights of waves that are adopted in the design. One of the great advantages of the IPCD for the use of the potential wave energy included in Figure 2 is precisely that, by controlling the pressure of the chamber where the high-pressure cylinders are located, it is possible to
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) ajustar el sistema ante las variaciones del nivel del mar, y por tanto se pueden optimizar el rendimiento y las dimensiones del sistema.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) adjust the system to sea level variations, and therefore the performance and dimensions of the system can be optimized.
Además, este sistema permite jugar con las presiones absolutas de las baterías del sistema de almacenamiento de Ia energía, que se describirá más adelante.In addition, this system allows to play with the absolute pressures of the batteries of the energy storage system, which will be described later.
Lucha contra Ia corrosión marinaFight against marine corrosion
No obstante a todas las ventajas y posibilidades expuestas, el sistema propuesto presenta un inconveniente fundamental que ya ha sido señalado anteriormente y que es inherente a toda instalación submarina, y es Ia fuerte corrosión que produce el agua de mar.Despite all the advantages and possibilities set forth, the proposed system has a fundamental drawback that has already been pointed out previously and that is inherent in any underwater installation, and is the strong corrosion produced by seawater.
Para luchar contra los problemas de corrosión, se adoptarán las siguientes medidas:To combat corrosion problems, the following measures will be taken:
- diseñar Ia cámara de baja presión (Ia que se encuentra en contacto con el agua de mar) con materiales plásticos- design the low pressure chamber (the one that is in contact with seawater) with plastic materials
- dotar a Ia cámara de los cilindros de alta presión de una atmósfera controlada e inocua- provide the chamber with high pressure cylinders in a controlled and safe atmosphere
- otra posibilidad interesante consiste en Ia disposición de una lámina exterior de polietileno ó cualquier otro material plástico que englobe una determinada cantidad de un fluido inocuo que se desplazará a un lado y al otro de forma continuada desplazando los pistones pero evitando su contacto con el agua de mar- Another interesting possibility is the provision of an outer sheet of polyethylene or any other plastic material that encompasses a certain amount of an innocuous fluid that will move to one side and the other continuously moving the pistons but avoiding their contact with water of sea
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Aprovechamiento energético de las diferencias del nivel del mar producidas por las mareasSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Energy use of sea level differences caused by tides
Tal como se ha descrito en el apartado d "Explicación de Ia invención.As described in section d "Explanation of the invention.
Problemas planteados por Ia generación de energía eléctrica a partir de las diferencias del nivel del mar producidas por las mareas", el principal inconveniente que presentan estas centrales estriba en que Ia altura de agua de mar de Ia que se dispone para alimentar Ia turbina es variable, pues al irse llenando ó vaciando Ia cala o cualesquiera sea el lugar donde se tiene almacenada el agua Ia cota del agua en el mismo se va aproximando a Ia del nivel del mar hasta llegar a alcanzarla.Problems posed by the generation of electrical energy from the differences in sea level produced by the tides ", the main drawback presented by these plants is that the height of seawater that is available to power the turbine is variable , because as the cove is filled or emptied or whatever the place where the water is stored, the level of the water in it is approaching the level of the sea until it reaches it.
Con Ia utilización de IPCD's multietapa, válvulas de balanceo y baterías de fluidos, este inconveniente se puede soslayar, pudiéndose realizar centrales totalmente versátiles que sean capaces de aprovechar mejor Ia energía que proporcionan los cambios del nivel del mar.With the use of multi-stage IPCDs, balancing valves and fluid batteries, this inconvenience can be avoided, being able to make completely versatile plants that are able to make better use of the energy provided by changes in sea level.
Existen multitud de disposiciones con las que se pueden materializar plantas con esta tecnología. Se puede utilizar en plantas con el dique cerrando una cala existente, ó en cualquiera del resto de plantas ya ideado. En líneas generales, estas plantas deberían incluir los siguientes elementos extra:There are many provisions with which you can materialize plants with this technology. It can be used in plants with the dam closing an existing cove, or in any of the other plants already devised. In general, these plants should include the following extra elements:
- una válvula de balanceo para distribución de caudal, que servirá para distribuir el caudal de agua de mar entrante a una y otra cámara de baja presión de un IPCD multietapa- a balancing valve for flow distribution, which will be used to distribute the incoming sea water flow to one and another low pressure chamber of a multi-stage IPCD
- un IPCD multietapa, donde el agua de mar presionará un gran disco ó pistón a través del cual cederá su presión a un fluido- a multi-stage IPCD, where seawater will press a large disk or piston through which it will give pressure to a fluid
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) alojado en las cámaras de alta presión, de menor secciónSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) housed in high pressure chambers, of smaller section
En las plantas desaladoras ambientales, Ia presión del agua de mar se puede ceder al agua de mar pretratada, para presurizarla e introducirla en el sistema de almacenamiento de energía y filtrado por osmosis inversa que se describirá más adelante en el apartado f "Exposición detallada de al menos un modo de realización de Ia invención". Análogamente al caso del aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar, el pretratamiento del agua de mar en las plantas desaladoras ambientales con este sistema de aprovechamiento energético de las diferencias del nivel del mar producidas por las mareas también podría ubicarse bajo el mar.In environmental desalination plants, the seawater pressure can be transferred to the pretreated seawater, to pressurize it and introduce it into the energy storage system and reverse osmosis filtering that will be described later in section f "Detailed exposure of at least one embodiment of the invention ". Similarly to the case of the use of sea wave energy, the pretreatment of sea water in environmental desalination plants with this system of energy use of sea level differences caused by tides could also be located under the sea.
Además, las plantas desaladoras ambientales que utilicen baterías de fluidos pueden conseguir un aprovechamiento energético extra de las mareas, tal como ha sido descrito anteriormente.In addition, environmental desalination plants that use fluid batteries can achieve extra energy use from the tides, as described above.
Aprovechamiento energético de Ia fuerza del vientoEnergy use of wind force
Tal como se ha descrito en el apartado d "Explicación de Ia invención. Problemas planteados por Ia generación de energía eléctrica a partir del viento", el principal inconveniente que presentan estas centrales estriba en que de nuevo resulta muy difícil encontrar un sistema que proporcione un buen rendimiento, ya que Ia dirección y Ia intensidad del viento varía en un amplio rango. De hecho, los aerogeneradores actuales tienen un sistema que los bloquea cuando se presentan unos valores mínimos y máximos de Ia intensidad del viento.As described in section d "Explanation of the invention. Problems posed by the generation of electric power from wind", the main drawback of these plants is that it is again very difficult to find a system that provides a good performance, since the wind direction and intensity varies in a wide range. In fact, current wind turbines have a system that blocks them when minimum and maximum wind intensity values are presented.
Con Ia utilización de Ia tecnología de IPCD's, válvulas de balanceo para distribución de caudal y baterías de fluidos, este inconveniente se puede soslayar, pudiéndose realizar centrales totalmente versátiles queWith the use of IPCD technology, balancing valves for flow distribution and fluid batteries, this inconvenience can be avoided, being able to perform fully versatile plants that
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) sean capaces de aprovechar mejor Ia energía que proporciona Ia fuerza del viento.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) are able to make better use of the energy provided by wind force.
Existen multitud de disposiciones con las que se pueden materializar plantas con esta tecnología. En líneas generales, estas plantas deberían constar de:There are many provisions with which you can materialize plants with this technology. In general, these plants should consist of:
- un sistema de captación del viento, que pueda girar y/ó que disponga de alerones desplegables para captar vientos oblicuos- a wind pick-up system that can rotate and / or has deployable ailerons to capture oblique winds
- una válvula de balanceo para distribución de caudal, que servirá para distribuir el caudal de viento entrante a una y otra cámara de baja presión de un IPCD multietapa, donde el viento cederá su presión a otro fluido- a balancing valve for flow distribution, which will be used to distribute the incoming wind flow to one and another low-pressure chamber of a multi-stage IPCD, where the wind will transfer its pressure to another fluid
- un IPCD, donde el viento presionará un gran disco ó pistón a través del cual cederá su presión a un fluido alojado en las cámaras de alta presión, de menor sección- an IPCD, where the wind will press a large disk or piston through which it will give its pressure to a fluid housed in the high-pressure chambers, of smaller section
El giro del sistema de captación del viento en función de Ia dirección del viento, e incluso el de todo el sistema, se puede conseguir con una vela aprovechando Ia dirección del viento.The rotation of the wind pick-up system depending on the wind direction, and even that of the entire system, can be achieved with a sail taking advantage of the wind direction.
Bombas y compresores eólicosWind pumps and compressors
Por otro lado, también se puede diseñar un molino de viento con un rotor y unas palas tales como los utilizados en los aerogeneradores actuales, pero que en lugar de disponer de un generador utilice el movimiento del rotor para bombear ó comprimir un fluido, apoyándose en un multiplicador, que sirva para cargar una batería de fluidos y/o paraOn the other hand, you can also design a windmill with a rotor and blades such as those used in current wind turbines, but instead of having a generator use the movement of the rotor to pump or compress a fluid, relying on a multiplier, which serves to charge a battery of fluids and / or to
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) cualquier otra aplicación como Ia desalación de agua de mar. Son Io que se ha denominado bombas y compresores eólicos.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Any other application such as seawater desalination. They are what have been called wind pumps and compressors.
Las tuberías de entrada y salida de fluido se podrían instalar en el interior de Ia torre del molino de viento, normalmente hueca. La aplicación a Ia desalación puede ser particularmente interesante pues se puede utilizar como fluido a bombear agua proveniente del pretratamiento, para elevarla de presión y alimentar los filtros de osmosis inversa y/ó a Ia batería de fluidos de alta presión. Es más, nuevamente se podría incluso disponer el pretratamiento bajo el mar, a Ia profundidad necesaria para no requerir un sistema de bombeo previo, y ubicado junto a Ia torre ó torres de un molino de viento ó parque eólico marino. En estos casos, como las torres de los molinos suelen ser bastante elevadas, se podría aprovechar parte de Ia presión del agua de mar pretratada y presurizada en los molinos para cederla a Ia propia agua de mar al salir del pretratamiento que ha de subir al molino, y de este modo evitar limitaciones por Ia altura de aspiración.The fluid inlet and outlet pipes could be installed inside the windmill tower, normally hollow. The application to desalination can be particularly interesting because it can be used as a fluid to pump water from the pretreatment, to raise it in pressure and feed the reverse osmosis filters and / or to the battery of high pressure fluids. Moreover, once again, pretreatment could be arranged under the sea, at the depth necessary to not require a previous pumping system, and located next to the tower or towers of a windmill or offshore wind farm. In these cases, as the towers of the mills are usually quite high, part of the pressure of the pretreated and pressurized sea water in the mills could be used to yield it to the seawater itself when leaving the pretreatment that has to rise to the mill , and thus avoid limitations due to the suction height.
Otra aplicación que puede resultar de enorme interés consiste en utilizar un compresor eólico marino para comprimir aire de Ia atmósfera, almacenando posteriormente el aire comprimido en una batería de gas submarina.Another application that can be of great interest is to use a marine wind compressor to compress air from the atmosphere, subsequently storing the compressed air in an underwater gas battery.
Cámaras y pistones de grandes dimensiones en los IPCD'sLarge chambers and pistons in IPCDs
Los IPCD's para el aprovechamiento energético de las olas del mar y los de las mareas requieren cámaras de baja presión de grandes dimensiones. Esto complica enormemente el mecanizado de los mismos, pudiendo ser una opción interesante para evitar este inconveniente Ia utilización de cámaras de tipo fuelle e incluso de láminas de materialIPCDs for the energy use of sea waves and tidal waves require large low pressure chambers. This greatly complicates their machining, and the use of bellows-type cameras and even sheets of material can be an interesting option to avoid this inconvenience.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) plástico que avancen desplazadas por el movimiento de los pistones, e impidan Ia existencia de fugas de agua de mar hacia el lado de alta presión. Se pueden utilizar plásticos reforzados para evitar deformaciones y pérdidas en las cámaras de láminas de material plástico, o bien incluso colocar una camisa exterior rígida con un lubricante interior para impedir pérdidas al deformarse Ia lámina de material plástico bajo presión.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) plastic that move displaced by the movement of the pistons, and prevent the existence of seawater leaks towards the high pressure side. Reinforced plastics can be used to avoid deformations and losses in the chambers of sheets of plastic material, or even place a rigid outer jacket with an inner lubricant to prevent losses when the sheet of plastic material is deformed under pressure.
Por otro lado, los IPCD's para el aprovechamiento de Ia fuerza del viento presentan el mismo inconveniente, y, por si fuera poco, en ellos es difícil conseguir que el pistón mantenga su rigidez ante los esfuerzos a que se ve sometido, debido al imprescindible elevado cambio de sección de las cámaras. Además, interesa que el pistón pese Io menos posible, sobre todo cuando se acuda a disposiciones en horizontal.On the other hand, the IPCD's for the use of wind force have the same drawback, and, as if that were not enough, it is difficult to get the piston to maintain its rigidity in the face of the efforts to which it is subjected, due to the essential high section change of the cameras. In addition, it is of interest that the piston weighs as little as possible, especially when it comes to horizontal arrangements.
Una forma posible de dar solución a estos inconvenientes podría ser Ia utilización de cámaras y pistones hechos de tejidos a modo de vela, dotando a los pistones de una estructura rígida a modo de coronas concéntricas y/ó barras radiales con las que se presione a los cilindros de alta presión. Así pues, el resto del pistón sería un tejido sin apenas peso que funcionaría como una vela de barco y tiraría de Ia estructura del pistón. Por otro lado, las válvulas de balanceo para distribución de caudal también pueden fabricarse de tejidos a modo de vela.A possible way to solve these problems could be the use of chambers and pistons made of sail-like fabrics, providing the pistons with a rigid structure in the form of concentric crowns and / or radial bars with which the pressures are pressed. high pressure cylinders. Thus, the rest of the piston would be a weightless fabric that would function as a ship's sail and pull the piston structure. On the other hand, balancing valves for flow distribution can also be made of sail-like fabrics.
Este sistema sería también extrapolable a los IPCD's para el aprovechamiento energético de las olas del mar y los de las mareas, aunque Ia "vela" se realizaría a modo de láminas de materiales plásticos.This system would also be extrapolated to IPCDs for the energy use of sea waves and tidal waves, although the "sail" would be made as plastic sheets.
Finalmente, sigue existiendo un inconveniente al cual no se ha dado solución, y es que los cilindros de alta presión de los IPCD's para elFinally, there is still a problem that has not been solved, and that is the high pressure cylinders of the IPCDs for
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) aprovechamiento energético de las olas del mar, los de las mareas y los del viento pueden requerir cilindros de alta presión extremadamente alargados, Io cual puede conllevar problemas mecánicos, fundamentalmente en las disposiciones en horizontal.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) energy use of sea waves, tidal waves and wind waves may require extremely elongated high pressure cylinders, which can lead to mechanical problems, mainly in horizontal arrangements.
Para dar solución a este último inconveniente es posible que resulte necesario sacrificar un poco del rendimiento del sistema, colocando apoyos de sujeción de las cámaras (que implican rozamientos), e incluso acudiendo al traspaso de fuerzas mediante un sistema de poleas ó de palancas para transformar las cámaras estrechas y alargadas en otras anchas y cortas.To solve this last problem, it may be necessary to sacrifice some of the performance of the system, placing support brackets for the chambers (which involve friction), and even resorting to the transfer of forces through a system of pulleys or levers to transform narrow and elongated cameras in other wide and short.
Sistema de vertido cero de salmueraZero Brine Discharge System
Tal como se ha explicado, los procesos de desalación utilizados actualmente implican Ia obtención de una cantidad muy importante de salmuera, cuyo vertido constituye un problema medioambiental además de un coste económico considerable.As explained, the desalination processes currently used involve obtaining a very large amount of brine, the discharge of which constitutes an environmental problem in addition to a considerable economic cost.
La osmosis inversa requiere un consumo energético mucho menor que el resto de tecnologías, y es por ello por Io que se está imponiendo sobre el resto de tecnologías de desalación, exceptuando aquellas ocasiones en las que se dispone de una fuente de energía térmica que no supone un coste económico adicional (agua de refrigeración de centrales eléctricas, etc.). También se están realizando tentativas sobre Ia utilización de Ia energía solar como fuente de energía térmica.Reverse osmosis requires a much lower energy consumption than other technologies, and that is why it is being imposed on other desalination technologies, except for those times when a thermal energy source is available that does not involve an additional economic cost (cooling water of power plants, etc.). Attempts are also being made on the use of solar energy as a source of thermal energy.
La primera idea para las plantas desaladoras ambientales consiste en utilizar en primer lugar Ia osmosis inversa para desalar el agua de mar, más eficiente energéticamente, y utilizar las tecnologías de evaporación yThe first idea for environmental desalination plants is to use first the reverse osmosis to desalinate seawater, more energy efficient, and use evaporation technologies and
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) /ó destilación relámpago basadas en energía solar ó cualquier otra fuente de energía térmica disponible para el tratamiento posterior de Ia salmuera, con idea de acercarse Io más posible e incluso llegar al objetivo de Ia separación total del agua y Ia sal.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) / or light distillation based on solar energy or any other source of thermal energy available for the subsequent treatment of the brine, with the idea of getting as close as possible and even reaching the goal of total separation of water and salt.
Obtención previa de salmuera hiperconcentradaPrior obtaining of hyperconcentrated brine
La separación completa del agua de Ia sal es factible técnicamente cuando se utilizan tecnologías de destilación, evaporación ó congelación, pero requiere, como se ha explicado, un consumo energético extremadamente importante.The complete separation of the water from the salt is technically feasible when distillation, evaporation or freezing technologies are used, but it requires, as explained, an extremely important energy consumption.
En cuanto a Ia tecnología de Ia osmosis inversa, es posible realizar un montaje en cascada de tratamiento de Ia salmuera, de tal modo que Ia salmuera que se va obteniendo vuelve a ser sometida a un proceso de osmosis inversa, con Io que se va obteniendo una salmuera cada vez más concentrada. Sin embargo, si esto no se practica habitualmente en las plantas desaladoras es debido a que Ia presión osmótica de Ia salmuera se incrementa proporcionalmente a Ia concentración de sal en Ia misma, y para poder desalar Ia salmuera habría que recurrir a grupos electrobomba de muy altas presiones que complican enormemente Ia instalación.As for the reverse osmosis technology, it is possible to perform a cascade assembly of the brine treatment, so that the brine that is obtained is again subjected to a reverse osmosis process, with which it is obtained an increasingly concentrated brine. However, if this is not usually practiced in desalination plants, it is because the osmotic pressure of the brine is increased proportionally to the salt concentration in it, and to be able to desalinate the brine, it would be necessary to resort to very high electropump groups pressures that greatly complicate the installation.
La utilización de Ia tecnología de IPCD's hace posible el trabajo a presiones muy elevadas sin grandes problemas, debido a que es tan simple como cambiar Ia sección de los intercambiadores y distribuir convenientemente los esfuerzos.The use of IPCD technology makes it possible to work at very high pressures without major problems, because it is as simple as changing the section of the exchangers and conveniently distributing the efforts.
Una vez obtenida Ia salmuera hiperconcentrada, se pueden utilizar tecnologías de evaporación y/ó destilación relámpago, bien a partir de IaOnce the hyperconcentrated brine is obtained, evaporation and / or light distillation technologies can be used, either from Ia
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) energía solar térmica o bien aprovechando cualquier fuente de energía térmica disponible en Ia zona (agua de circuitos de refrigeración de centrales eléctricas, etc).SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) solar thermal energy or taking advantage of any source of thermal energy available in the area (water from cooling circuits of power plants, etc).
Aprovechamiento del calor generado durante Ia compresión del gasUse of heat generated during gas compression
Existe un inconveniente para Ia utilización de baterías de gas submarinas y reside en el calor generado durante Ia compresión del gas.There is a drawback for the use of underwater gas batteries and it lies in the heat generated during the compression of the gas.
Para dar solución a ello, existen varias alternativas posibles, que además son combinables entre sí:To solve this, there are several possible alternatives, which are also combinable with each other:
- aislar térmicamente Ia batería y Ia conducción correspondiente (en este sentido, es importante mencionar que, si se utiliza como contrapeso tierra seca empaquetada con un material impermeable, puede no ser necesario disponer de ningún material aislante adicional)- thermally insulate the battery and the corresponding conduction (in this sense, it is important to mention that, if dry earth packed with an impermeable material is used as a counterweight, it may not be necessary to have any additional insulating material)
- dejar que se pierda el calor generado, y aprovechar el calentamiento del agua del mar para Ia ubicación de una piscifactoría de alto rendimiento (a favor de ello hay que decir que no es Io mismo el enfriamiento de un gas almacenado en un tanque a presión en tierra firme que si se encuentra almacenado en una batería submarina, ya que en ella Ia presión se mantiene constante, consiguiéndose así que Ia pérdida de trabajo debida al enfriamiento resulte mucho menor, máxime teniendo en cuenta que las pendientes de las adiabáticas y de las isotermas son muy similares)- let the heat generated be lost, and take advantage of the heating of sea water for the location of a high-performance fish farm (in favor of this it must be said that the cooling of a gas stored in a pressure tank is not the same) on land that if it is stored in an underwater battery, since in it the pressure remains constant, thus achieving that the loss of work due to cooling is much lower, especially considering that the slopes of the adiabatic and the isotherms are very similar)
- utilizar el calor generado durante Ia compresión del gas- use the heat generated during the compression of the gas
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) (normalmente aire proveniente de Ia atmósfera) para transmitírselo a Ia salmuera ó salmuera hiperconcentrada, para, tal como se ha descrito anteriormente, utilizar tecnologías de evaporación y/ó destilación relámpago, apoyándose también en Ia energía solar ó cualquier otra fuente de energía térmica disponible si es necesario, para separar completamente el agua de Ia sal de Ia salmueraSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) (normally air from the atmosphere) to transmit it to the brine or hyperconcentrated brine, to, as described above, use technologies of evaporation and / or distillation of lightning, also relying on solar energy or any other source of thermal energy available if necessary, to completely separate the water from the salt of the brine
En este último caso, el intercambio de calor entre el gas y Ia salmuera podría realizarse en tierra firme, antes de enviar el gas comprimido a Ia batería, o bien podría incluso diseñarse un sistema con tuberías concéntricas a Ia conducción submarina de gas a Ia batería que lleven y traigan Ia salmuera hacia Ia batería submarina, intercambiando el calor con el gas en las conducciones e incluso en Ia propia batería submarina.In the latter case, the heat exchange between the gas and the brine could be done on the mainland, before sending the compressed gas to the battery, or a system with concentric pipes could be designed for the underwater conduction of gas to the battery that carry and bring the brine to the underwater battery, exchanging heat with the gas in the pipes and even in the underwater battery itself.
Este sistema, aunque complicaría en gran medida Ia instalación submarina, podría tener un beneficio adicional muy importante a su favor, y es el hecho de que el retorno de Ia salmuera calentada se realizaría desde Ia profundidad a Ia que se encuentra Ia batería hasta Ia superficie, bajando por tanto constantemente Ia presión de Ia salmuera, y consiguiéndose de este modo un proceso similar al de Ia destilación relámpago, es decir, que al bajar Ia presión de Ia salmuera se provoca su evaporación, pero esta vez no a modo de "relámpago" al entrar en una etapa de menor presión, sino de forma continuada. En el punto más alto, es decir, en superficie, se dispondría una bomba de vacío que extraiga el vapor de Ia parte superior de Ia columna, haciendo bajar Ia presión sobre Ia columna de líquido. De hecho, si este proceso prueba ser eficiente, se puede utilizar incluso en tierra firme para evaporar Ia salmuera, a partir de cualquier fuente de energía térmica, en particular de Ia energía solar, aprovechando que en los hornos solares el agua debe ser elevada hacia el punto de confluencia de los rayos solares, y pudiendo hacer variosThis system, although it would greatly complicate the underwater installation, could have a very important additional benefit in its favor, and it is the fact that the return of the heated brine would be carried out from the depth to which the battery is located to the surface , thus constantly lowering the pressure of the brine, and thus achieving a process similar to that of lightning distillation, that is, when lowering the pressure of the brine its evaporation is caused, but this time not as a "lightning "when entering a stage of lower pressure, but continuously. At the highest point, that is, on the surface, a vacuum pump would be arranged to remove the steam from the upper part of the column, lowering the pressure on the liquid column. In fact, if this process proves to be efficient, it can even be used on land to evaporate the brine, from any source of thermal energy, in particular from solar energy, taking advantage of the fact that in solar furnaces the water must be raised towards the point of confluence of the solar rays, and being able to do several
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) escalones de confluencia en Ia torre, en función de Ia disposición de los heliostatos.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) confluence steps in the tower, depending on the arrangement of the heliostats.
En el caso de intercambio de calor entre el gas y Ia salmuera en tierra firme, existe el inconveniente de que el gas se encuentra a una presión muy alta y el intercambiador de calor puede resultar complejo y antieconómico. Para dar solución a este inconveniente, se puede hacer pasar al gas por una cámara en cuyo interior se encuentre una manguera flexible y resistente a Ia temperatura, que se alimente de Ia salmuera presurizada y realice un largo recorrido por el interior de Ia cámara del gas, produciéndose el intercambio de calor. De este modo, no resulta necesario que Ia manguera deba resistir las presiones del gas y Ia salmuera porque son muy similares. Por otro lado, también se puede solucionar este inconveniente sustituyendo Ia manguera flexible por un serpentín de paredes fijas, sin necesidad de que aguanten Ia presión de los fluidos de trabajo, pero dotando al sistema de un sistema de seguridad que mantenga siempre igualadas las presiones de ambos fluidos.In the case of heat exchange between the gas and the brine on the mainland, there is the disadvantage that the gas is at a very high pressure and the heat exchanger can be complex and uneconomic. To solve this problem, the gas can be passed through a chamber inside which is a flexible and temperature resistant hose, which feeds on the pressurized brine and makes a long journey through the interior of the gas chamber , producing heat exchange. Thus, it is not necessary that the hose must withstand the pressures of the gas and the brine because they are very similar. On the other hand, this inconvenience can also be solved by replacing the flexible hose with a fixed wall coil, without the need to withstand the pressure of the working fluids, but providing the system with a safety system that always keeps the pressure of the both fluids
Desalación por congelaciónFreeze desalination
Para congelar el agua se requiere en principio mucho menos intercambio de calor con otro medio que para evaporarla. No obstante, existe un problema y es Ia retención de sal durante Ia formación de los cristales de hielo que obliga a realizar un lavado posterior y empeora el rendimiento. De momento, tan sólo se considera este procedimiento como medio de aprovechamiento del frío generado en las estaciones de regasificación de gas natural licuado. Sin duda, también influye en este hecho Ia imposibilidad tecnológica de generar frío directamente, siendo necesario realizarlo extrayendo calor y transmitiéndolo a un foco caliente,To freeze water, in principle, much less heat exchange is required with another medium than to evaporate it. However, there is a problem and it is the retention of salt during the formation of the ice crystals that forces a subsequent washing and worsens the performance. At the moment, this procedure is only considered as a means to take advantage of the cold generated in the regasification stations of liquefied natural gas. Undoubtedly, it is also influenced by this fact the technological impossibility of generating cold directly, being necessary to perform it by extracting heat and transmitting it to a hot spot,
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Io cual supone una pérdida de rendimiento adicional.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Which means an additional loss of performance.
El sistema propuesto de almacenamiento de Ia energía, elevando de cota el agua de mar pretratada, puede ser utilizado para congelarla, al menos una parte de Ia misma durante las noches, cuando las temperaturas son más bajas, y aprovechando que las temperaturas son también más bajas debido a Ia altitud. El agua desalada se podría utilizar directamente ó mezclarla con el agua de mar pretratada para reducir su presión osmótica. Además, con este sistema de almacenamiento se puede jugar con Ia alimentación a los filtros de osmosis inversa y hacerlo fundamentalmente de noche, cuando el agua está más fría y tiene menor presión osmótica.The proposed energy storage system, elevating the pretreated seawater level, can be used to freeze it, at least a part of it during the nights, when temperatures are lower, and taking advantage of the fact that temperatures are also more low due to altitude. Desalinated water could be used directly or mixed with pretreated seawater to reduce its osmotic pressure. In addition, with this storage system, the reverse osmosis filters can be played with feeding and do it fundamentally at night, when the water is colder and has lower osmotic pressure.
Finalmente, a través de Ia tecnología de IPCD's y válvulas de balanceo para distribución de caudal es posible incluso subir el agua de mar directamente hasta el depósito ó balsa elevado (batería de alta presión), casi sin necesidad de bombeos ni sistemas de aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar, de las mareas ó del viento.Finally, through the technology of IPCD's and balancing valves for flow distribution, it is even possible to raise the sea water directly to the tank or raised raft (high pressure battery), almost without the need for pumping or use systems of Ia energy of sea waves, tides or wind.
Simplemente se podría utilizar Ia presión del agua desalada que viene de vuelta para cedérsela al agua de mar que ha de subir, requiriéndose por tanto un aporte adicional de energía suficiente tan sólo para vencer las pérdidas de carga en las conducciones. Otra opción sería realizar un proceso en dos etapas, congelación más osmosis inversa, manteniendo el esquema global de aporte de energías para subir el agua, desalarla por congelación y utilizar Ia bajada de salmuera presurizada para alimentarla a los filtros de osmosis inversa. Incluso podría ponerse detrás una nueva etapa de calentamiento de Ia salmuera final obtenida para separar el agua de Ia sal tal como se ha comentado anteriormente.You could simply use the desalinated water pressure that comes back to give it to the sea water that has to rise, therefore requiring an additional supply of sufficient energy just to overcome the pressure losses in the pipes. Another option would be to carry out a two-stage process, freezing plus reverse osmosis, maintaining the global scheme of energy supply to raise the water, desalt it by freezing and use the descent of pressurized brine to feed it to the reverse osmosis filters. Even a new stage of heating the final brine obtained to separate the water from the salt could be placed as previously mentioned.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Aprovechamiento en continuo de Ia presión de Ia salmueraSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Continuous use of the brine pressure
A continuación se describe un procedimiento, basado en Ia utilización de Ia tecnología de IPCD's y baterías de fluidos, para realizar Ia osmosis inversa cuando se pretende hacer descargando una batería de fluidos a partir de Ia tecnología de IPCD's.Next, a procedure is described, based on the use of the IPCD technology and fluid batteries, to perform the reverse osmosis when it is intended to be done by discharging a fluid battery from the IPCD technology.
El sistema consiste en el montaje de los filtros de osmosis inversa de una planta desaladora, individualmente ó en grupos que se encuentren en paralelo, de tal forma que se alimenten a partir de agua pretratada y presurizada en un IPCD retroalimentado, donde se Ie cede Ia presión a partir de una doble fuente: en una primera etapa a partir de una batería de fluidos ó cualquier otra fuente de presiones, y en una segunda etapa a partir de Ia propia presión de Ia salmuera obtenida en los filtros.The system consists of mounting the reverse osmosis filters of a desalination plant, individually or in groups that are in parallel, so that they are fed from pretreated and pressurized water in a feedback IPCD, where the Ia is transferred pressure from a double source: in a first stage from a battery of fluids or any other source of pressures, and in a second stage from the brine pressure itself obtained in the filters.
De este modo, a medida que circula el agua de mar pretratada por los filtros de osmosis inversa, se produce Ia salmuera presurizada, y se utiliza en continuo para ayudar a presurizar el agua de mar pretratada y alimentar los filtros.Thus, as the pretreated sea water circulates through the reverse osmosis filters, the pressurized brine is produced, and is used continuously to help pressurize the pretreated sea water and feed the filters.
Regulación de Ia energía eléctricaRegulation of electrical energy
Normalmente será recomendable diseñar las plantas desaladoras ambientales con un sistema auxiliar de carga de Ia batería ó baterías de fluidos mediante grupos electrobomba (si el fluido de almacenamiento es un líquido) ó de compresores (si se trata de un gas) y/ó con un sistema auxiliar de turbinas para Ia descarga, para hacerlos funcionar a los primeros de noche y/ó a las segundas durante el día, gracias a Ia capacidad de almacenamiento de energía de Ia planta, de tal modo queNormally it will be advisable to design the environmental desalination plants with an auxiliary system for charging the battery or fluid batteries by means of electro-pump groups (if the storage fluid is a liquid) or of compressors (if it is a gas) and / or with a auxiliary system of turbines for the discharge, to make them work at first and / or the second during the day, thanks to the energy storage capacity of the plant, so that
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) realmente la planta se está convirtiendo en un sistema de regulación de Ia energía eléctrica. Con ello se podrá optimizar el volumen de las baterías, garantizando una producción constante de agua desalada.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) the plant is really becoming a system for regulating electrical energy. This will optimize the volume of the batteries, guaranteeing a constant production of desalinated water.
Además, en el caso de utilizarse baterías de gas submarinas, tal como se ha comentado se puede jugar con las diferencias del nivel del mar producidas por las mareas para obtener una energía extra que convierte a las baterías submarinas en un sistema único de regulación de Ia energía eléctrica que permite pensar en su aplicación en sí mismo al margen ya de Ia desalación del agua de mar.In addition, in the case of using underwater gas batteries, as mentioned, it is possible to play with the differences in the level of the sea produced by the tides to obtain an extra energy that converts the underwater batteries into a unique system of regulation of Ia electric energy that allows us to think about its application in itself regardless of the desalination of seawater.
Ventajas de Ia invención respecto al estado de Ia técnica anteriorAdvantages of the invention with respect to the prior art
Las ventajas que aporta Ia invención sobre las tecnologías existentes son evidentes, y han sido ampliamente puestas de manifiesto en el apartado d "Explicación de Ia invención. Descripción general de Ia invención y soluciones aportadas"The advantages provided by the invention over existing technologies are evident, and have been widely revealed in section d "Explanation of the invention. General description of the invention and solutions provided"
A modo de resumen, se puede decir que Ia aplicación de Ia tecnología de IPCD's y válvulas de balanceo permite desarrollar sistemas de aprovechamiento energético de las olas del mar, de las diferencias del nivel del mar producidas por las mareas, e incluso de Ia fuerza del viento que presentan rendimientos muy superiores a los procedimientos que actualmente se utilizan para estos cometidos.As a summary, it can be said that the application of IPCD's technology and balancing valves allows to develop systems of energy use of sea waves, the differences in sea level produced by the tides, and even the force of the wind that yields much higher than the procedures currently used for these tasks.
Por otro lado, las baterías de fluidos suponen una ventaja enorme para todo tipo de procesos industriales que se abastezcan de fuentes de energía renovable, muy heterogéneas en disponibilidad e intensidad en cada momento, puesto que pueden servir para almacenar energía en los momentos punta de disposición de Ia fuente de energía primaria (cuandoOn the other hand, fluid batteries represent an enormous advantage for all types of industrial processes that are supplied with renewable energy sources, very heterogeneous in availability and intensity at all times, since they can be used to store energy at peak disposal times. of the primary energy source (when
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) hace mucho viento en las centrales eólicas, cuando pasa una ola en las centrales de oleaje, en Ia pleamar y/o Ia bajamar en las centrales de aprovechamiento de las mareas, etc), e irla utilizando gradualmente durante todo el tiempo, Io cual reduce considerablemente el tamaño de los equipos que utilizan Ia energía acumulada y permite que funcionen a pleno rendimiento en todo momento.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) It is very windy in the wind power plants, when a wave passes in the swell plants, in the high tide and / or the low tide in the tidal plants, etc.), and gradually use it throughout the whole time, which reduces considerably the size of the equipment that uses the accumulated energy and allows them to work at full capacity at all times.
En particular, Ia aplicación de estas tecnologías a Ia desalación de agua de mar es muy factible, debido a Ia posibilidad de alimentar los cilindros de alta presión de los IPCD's de agua de mar pretratada, y de Ia versatilidad de los mismos, que permiten ajustar Ia presión de salida a cualquier valor predeterminado.In particular, the application of these technologies to the desalination of seawater is very feasible, due to the possibility of feeding the high pressure cylinders of the IPCD's of pretreated seawater, and of the versatility thereof, which allow adjustment The outlet pressure at any predetermined value.
Además, las técnicas expuestas de tratamiento en cascada por osmosis inversa, destilación y congelación de Ia salmuera e incluso del propio agua de mar suponen nuevamente incrementos en los rendimientos energéticos de dichos procesos, y Ia posibilidad de llegar a obtener un vertido cero de salmuera al mar, separando completamente el agua de Ia sal y evitando su vertido de vuelta al mar.In addition, the exposed techniques of cascade treatment by reverse osmosis, distillation and freezing of the brine and even of the seawater itself mean again increases in the energy yields of said processes, and the possibility of obtaining a zero discharge of brine at sea, completely separating the water from the salt and avoiding its discharge back to the sea.
En general, las plantas desaladoras ambientales que obtengan energía de varias fuentes de energía renovable son especialmente interesantes, pues pueden aprovechar mejor las capacidades de las baterías.In general, environmental desalination plants that obtain energy from various renewable energy sources are especially interesting, as they can better utilize battery capacities.
En su aplicación a Ia generación de energía eléctrica, los sistemas descritos suponen también grandes ventajas sobre los actulales, ya que las dimensiones de Ia turbina ó turbinas de Ia planta se reducen considerablemente, pudiéndose acudir a turbinas pelton, que dan mejores rendimientos globales. Además, con esta tecnología se puedeIn its application to the generation of electrical energy, the systems described also suppose great advantages over the actulales, since the dimensions of the turbine or turbines of the plant are considerably reduced, being able to resort to pelton turbines, which give better overall yields. In addition, with this technology you can
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) conseguir que las turbinas funcionen a pleno rendimiento en todo momento, debido a Ia capacidad de regulación que dan las etapas, el calderín y las baterías de fluidos. Por otro lado, el fluido a turbinar no tiene por qué ser agua de mar, por Io que baja el nivel de exigencia necesaria en cuanto a los materiales de fabricación de Ia turbina ó turbinas.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) get the turbines to work at full capacity at all times, due to the capacity of regulation given by the stages, the boiler and the fluid batteries. On the other hand, the fluid to be turbined does not have to be seawater, so that the level of requirement required in terms of the materials of manufacture of the turbine or turbines falls.
En el caso de Ia utilización de un gas como fluido de almacenamiento, otra ventaja muy importante reside en que una parte muy importante de Ia energía primaria disponible se utiliza para comprimir el gas, y el resto para desplazarlo hacia Ia batería. Esto significa que el volumen necesario de Ia batería es mucho menor que en el caso de que el fluido de almacenamiento sea un líquido, tanto menor cuanto mayor sea Ia presión del gas en Ia batería.In the case of the use of a gas as a storage fluid, another very important advantage is that a very important part of the primary energy available is used to compress the gas, and the rest to move it towards the battery. This means that the necessary volume of the battery is much smaller than in the case that the storage fluid is a liquid, the lower the higher the gas pressure in the battery.
Además, si se trabaja con aire se puede utilizar Ia propia atmósfera como batería de baja presión, ajustando convenientemente Ia presión de las cámaras de alojamiento de los cilindros de alta presión de los IPCD's, tal como se ha explicado.In addition, if working with air, the atmosphere itself can be used as a low-pressure battery, conveniently adjusting the pressure of the accommodation chambers of the high-pressure cylinders of the IPCDs, as explained.
e. Descripción de los dibujosand. Description of the drawings
Se aportan 4 figuras para ayudar a explicar el funcionamiento de las plantas desaladoras ambientales. A todas ellas se hace referencia desde distintos puntos de este documento, explicando detalladamente el contenido de las mismas. En cualquier caso, se recopila aquí Ia relación y contenido de cada una de ellas:Four figures are provided to help explain the operation of environmental desalination plants. All of them are referred to from different points of this document, explaining in detail their content. In any case, the relation and content of each one of them are compiled here:
Figura 1 : Movimiento de las partículas de agua en una ola (fuente:Figure 1: Movement of water particles in a wave (source:
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Energía de las olas. Universidad de Cantabria)SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Wave energy University of cantabria)
Figura 2: Esquema de un IPCD en disposición horizontal para el aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar en las cercanías de Ia línea de costa, dotado de rampa de conversión de Ia energía cinética en potencialFigure 2: Diagram of an IPCD in horizontal arrangement for the use of the energy of sea waves in the vicinity of the coastline, equipped with a conversion ramp of the potential kinetic energy
Figura 3: Esquema de una planta desaladora ambiental con sistemas de aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar, de las diferencias del nivel del mar producidas por las mareas y/ó de Ia fuerza del viento, contando además con un sistema de almacenamiento de energía en forma de elevación de cota del agua pretratada, y con un tratamiento en cascada para Ia hiperconcentración de Ia salmuera y una separación final de Ia sal y el agua a partir de Ia energía solarFigure 3: Scheme of an environmental desalination plant with systems for harnessing the energy of sea waves, the differences in sea level produced by the tides and / or the wind force, also having a storage system for energy in the form of elevation of the pretreated water level, and with a cascade treatment for the hyperconcentration of the brine and a final separation of the salt and water from the solar energy
Figura 4: Esquema de una planta desaladora ambiental con sistemas de aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar, de las diferencias del nivel del mar producidas por las mareas y/ó de Ia fuerza del viento, contando además con un sistema de almacenamiento de Ia energía en forma de acumulación de aire comprimido en una batería de gas submarina, y con un tratamiento en cascada para Ia hiperconcentración de Ia salmuera y una separación final de Ia sal y el agua a partir del calor generado durante Ia compresión del aire y/ó de Ia energía solarFigure 4: Scheme of an environmental desalination plant with systems for harnessing the energy of sea waves, the differences in sea level produced by the tides and / or the force of the wind, also having a storage system for The energy in the form of accumulation of compressed air in a submarine gas battery, and with a cascade treatment for the hyperconcentration of the brine and a final separation of the salt and water from the heat generated during the compression of the air and / or of solar energy
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) f. Exposición detallada de al menos un modo de realización de Ia invenciónSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) F. Detailed presentation of at least one embodiment of the invention
Funcionamiento con agua de mar pretratada como fluido de almacenamiento de energíaOperation with pretreated seawater as energy storage fluid
En Ia figura 3 se muestra un esquema de una planta desaladora ambiental con sistemas de aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar, de las diferencias del nivel del mar producidas por las mareas y/ó de Ia fuerza del viento, contando además con un sistema de almacenamiento de energía en forma de elevación de cota del agua pretratada , y con un tratamiento en cascada para Ia hiperconcentración de Ia salmuera y una separación final de Ia sal y el agua a partir de Ia energía solar. En líneas generales, el sistema consta de los siguientes elementos fundamentales:Figure 3 shows a scheme of an environmental desalination plant with systems for harnessing the energy of sea waves, the differences in sea level produced by the tides and / or the wind force, also having a energy storage system in the form of elevation of the pretreated water level, and with a cascade treatment for the hyperconcentration of the brine and a final separation of the salt and the water from the solar energy. In general, the system consists of the following fundamental elements:
- un sistema de captación de Ia energía de las olas, las mareas y/ó el viento a base de IPCD's (1), tal como han sido descritos anteriormente. En el caso de aprovechamiento de Ia energía de las olas, los IPCD's podrán ser de una sola línea, como aparece en el esquema de Ia figura 3. Para los aprovechamientos de las mareas y del viento deberán ser de al menos dos líneas, e irán precedidos de una válvula de balanceo para distribución de caudal, tal como se ha descrito anteriormente.- a system for capturing the energy of waves, tides and / or wind based on IPCD's (1), as described above. In the case of harnessing the energy of the waves, the IPCDs may be of a single line, as it appears in the scheme of Figure 3. For the use of the tides and the wind they must be at least two lines, and they will go preceded by a balancing valve for flow distribution, as described above.
Alternativamente, ó en combinación con los anteriores, se puede disponer de una bomba eólica de agua de mar pretratada (2) con sistema de elevación del agua de mar pretratada a partir de Ia presión de parte del agua presurizada en Ia bomba eólica (3), tal como ha sido descrito anteriormenteAlternatively, or in combination with the above, a pretreated sea water wind pump (2) with a pre-treated sea water lift system can be provided from the pressure of part of the pressurized water in the wind pump (3) , as described above
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) - una toma de agua de mar y sistema de pretratamiento (4) para su alimentación al sistema de almacenamiento de Ia energía y filtrado por osmosis inversa, pudiéndose encontrar ubicado en el mar ó en tierra, tal como se ha descrito anteriormenteSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) - a seawater intake and pretreatment system (4) for feeding the energy storage system and filtering by reverse osmosis, which can be found located at sea or on land, as described above.
- una batería de baja presión (5), que se nutrirá de agua de mar proveniente del pretratamiento, que servirá para presurizar dicha agua de mar pretratada cuando ésta deba desplazar a los pistones durante Ia vuelta de Ia carrera y/ó para alimentar a Ia bomba eólica, y que podrá ser igualmente una balsa ó un depósito dispuesto a una cota inferior, o incluso una batería submarina- a low pressure battery (5), which will be fed from seawater from pretreatment, which will serve to pressurize said pretreated seawater when it must move the pistons during the turn of the stroke and / or to feed the wind pump, and which may also be a raft or a tank arranged at a lower level, or even an underwater battery
- una batería de alta presión (6), que se nutrirá del agua de mar pretratada y presurizada en los IPCD's que exceda de Ia capacidad nominal de los filtros de osmosis inversa, que podrá ser una balsa ó un depósito, y que se encontrará dispuesta a una cota elevada- a high-pressure battery (6), which will be fed from the pretreated and pressurized seawater in the IPCD's that exceeds the nominal capacity of the reverse osmosis filters, which may be a reservoir or reservoir, and that will be arranged at a high level
- un calderín (7), que permite que en momentos punta de disposición de las fuentes de energía renovable de abastecimiento a Ia planta el fluido presurizado en los IPCD's además de alimentar al sistema de filtrado por osmosis inversa pueda circular hacia Ia batería de alta presión en tiempo real, ya que, si Ia batería de alta presión se encuentra a una distancia considerable, de no colocarlo se producirían unos transitorios que impedirían el correcto funcionamiento del sistema. Este calderín es particularmente importante en el caso de que Ia planta disponga de un sistema de aprovechamiento de Ia- a boiler (7), which allows the pressurized fluid in the IPCDs at the peak of the disposition of renewable energy sources to supply the plant, in addition to feeding the reverse osmosis filtering system to circulate towards the high-pressure battery in real time, since, if the high-pressure battery is at a considerable distance, if it is not placed, transients would occur that would prevent the system from functioning properly. This boiler is particularly important in the event that the plant has a system to take advantage of the
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) energía de las olas del mar. De no ser así, es posible que se pueda suprimir siempre que se diseñe correctamente Ia instalaciónSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Sea wave energy. If not, it is possible that it can be suppressed whenever the installation is designed correctly
- un sistema de válvulas de retención, que obligan al fluido en cada momento a circular hacia Ia batería que Ie corresponde- a system of check valves, which force the fluid at any moment to circulate towards the corresponding battery
- un sistema de válvulas de compuerta, gobernadas por un sistema de control, que habilitan / deshabilitan etapas de alta presión de los IPCD's- a gate valve system, governed by a control system, that enable / disable high pressure stages of IPCDs
- un sistema de bombeo y/ó turbinado auxiliar (8), para cargar Ia batería de alta presión y/o alimentación a los filtros de osmosis inversa cuando existan períodos largos con poca disposición de las fuentes de energía renovable, y para utilizar su energía para transformarla en energía eléctrica cuando se desee- a pumping and / or auxiliary turbination system (8), to charge the high-pressure battery and / or feed to the reverse osmosis filters when there are long periods with little disposition of renewable energy sources, and to use their energy to transform it into electrical energy when desired
- una batería de filtros de osmosis inversa (9), que se alimente del agua de mar pretratada y presurizada proveniente de los IPCD's, de Ia batería de alta presión ó directamente del sistema de bombeo auxiliar y Ia someta a un proceso de osmosis inversa, obteniendo agua desalada y salmuera presurizada. En caso de que no se disponga del desnivel geográfico suficiente como para que Ia batería de alta presión se encuentre ubicada a una altura suficiente como para que Ia columna de agua proveniente de Ia misma se encuentre sometida a una presión estática igual a Ia presión osmótica del agua de mar, será necesario preceder a Ia batería de filtros de osmosis inversa de un sistema de bombeo previo (10), o bien un nuevo IPCD con un cambio de sección, que incluso podría estar retoralimentado- a battery of reverse osmosis filters (9), which is fed from the pretreated and pressurized seawater from the IPCDs, the high pressure battery or directly from the auxiliary pumping system and subject it to a reverse osmosis process, obtaining desalinated water and pressurized brine. In case the sufficient geographical slope is not available so that the high-pressure battery is located at a sufficient height so that the column of water coming from it is subjected to a static pressure equal to the osmotic pressure of the sea water, it will be necessary to precede the reverse osmosis filter battery of a pre-pumping system (10), or a new IPCD with a section change, which could even be retoralized
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) por la presión de Ia salmuera, según el sistema de aprovechamiento en continuo de Ia presión de Ia salmuera descrito, para elevar Ia presión del agua pretratada hasta dicha presión osmóticaSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) by the pressure of the brine, according to the system of continuous use of the pressure of the brine described, to raise the pressure of the pretreated water to said osmotic pressure
- un sistema de IPCD's para recuperación de Ia energía de Ia salmuera presurizada (11), en los que ésta cede su presión al agua de mar pretratada para su alimentación a los filtros de osmosis inversa- A system of IPCD's for recovery of the energy of the pressurized brine (11), in which it yields its pressure to the pre-treated seawater for feeding to the reverse osmosis filters
- una balsa ó depósito de almacenamiento de Ia salmuera despresurizada (12)- a raft or storage tank for depressurized brine (12)
- un sistema de hiperconcentración de Ia salmuera (13) mediante tratamiento en cascada en nuevos filtros de osmosis inversa, tal como ha sido descrito anteriormente, utilizando Ia propia energía de Ia batería de alta presión- a brine hyperconcentration system (13) by cascade treatment in new reverse osmosis filters, as described above, using the energy of the high pressure battery itself
- una balsa ó depósito de almacenamiento de Ia salmuera hiperconcentrada y despresurizada (14)- a raft or storage tank of the hyperconcentrated and depressurized brine (14)
- un sistema de tratamiento posterior de Ia salmuera hiperconcentrada (15) para Ia separación completa del agua de Ia sal, basado en el aprovechamiento de Ia energía solar- a post-treatment system of the hyperconcentrated brine (15) for the complete separation of the water from the salt, based on the use of solar energy
- también sería posible utilizar un sistema de refrigeración solar con máquinas enfriadoras térmicas (absorción y/o adsorción) (16) para enfriar el agua de mar pretratada previo a su entrada en los filtros de osmosis inversa, de modo que Ia presión osmótica se rebaje Io más posible- It would also be possible to use a solar cooling system with thermal cooling machines (absorption and / or adsorption) (16) to cool the pretreated sea water before entering the reverse osmosis filters, so that the osmotic pressure is lowered The most possible
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) - aunque no aparece en Ia figura 3, normalmente Ia planta deberá contar con una balsa ó depósito final para almacenamiento del agua desalada, con un sistema de conducciones que recogerán Ia misma desde todos los puntos de Ia planta en Ia que se obtieneSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) - Although it does not appear in Figure 3, normally the plant must have a raft or final deposit for desalinated water storage, with a conduit system that will collect it from all points of the plant in which it is obtained
- un sistema de control integrado de Ia planta, que gestione en cada momento las etapas que han de entrar en acción en cada uno de los IPCD's de Ia planta en función de Ia energía disponible, y gestione de forma oportuna el sistema de almacenamiento de energía, tratando de reducir al mínimo (incluso a cero cuando sea posible) el sistema de bombeo auxiliar, y, en caso de ser necesario, operando con el mismo por las noches. Por otro lado, el sistema de control deberá aprovechar al máximo Ia presión extra de Ia batería de baja presión durante Ia pleamar, en caso de que se trate de una batería submarina. Además, mediante el control de Ia presión de Ia cámara de alojamiento de los cilindros de alta presión, se puede jugar con las cotas de las baterías, para poder ubicarlas donde resulte más conveniente- an integrated control system of the plant, which manages at all times the stages that must be put into action in each of the IPCD's of the plant based on the available energy, and manages the energy storage system in a timely manner , trying to minimize (even to zero when possible) the auxiliary pumping system, and, if necessary, operating with it at night. On the other hand, the control system must take full advantage of the extra pressure of the low pressure battery during high tide, in the case of an underwater battery. In addition, by controlling the pressure of the housing chamber of the high pressure cylinders, you can play with the dimensions of the batteries, to be able to locate them where it is most convenient
Funcionamiento con aire comprimido como fluido de almacenamiento de energíaOperation with compressed air as energy storage fluid
En Ia figura 4 se muestra un esquema de una planta desaladora ambiental con sistemas de aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar, de las diferencias del nivel del mar producidas por las mareas y/ó de Ia fuerza del viento, contando además con un sistema de almacenamiento de energía en forma de batería submarina de aireFigure 4 shows a scheme of an environmental desalination plant with systems for harnessing the energy of sea waves, the differences in sea level produced by the tides and / or the force of the wind, also having a energy storage system in the form of an underwater air battery
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) comprimido, y con un tratamiento en cascada para Ia hiperconcentración de Ia salmuera y una separación final de Ia sal y el agua a partir de Ia energía solar. En líneas generales, el sistema consta de los mismos elementos que el de Ia figura 3 pero con las siguientes diferencias:SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) compressed, and with a cascade treatment for the hyperconcentration of the brine and a final separation of the salt and the water from the solar energy. In general, the system consists of the same elements as that of Figure 3 but with the following differences:
- en este modelo coexisten dos baterías de baja presión: Ia de agua de mar pretratada (5), y Ia propia atmósfera, que hace de batería de baja presión de Ia línea de aire- In this model two low pressure batteries coexist: the one of pretreated sea water (5), and the atmosphere itself, which acts as a low pressure battery of the air line
- Ia batería de alta presión (6) es ahora una batería submarina- The high pressure battery (6) is now an underwater battery
- en estas plantas el calderín (7) puede ser alimentado de gas proveniente de Ia batería submarina, reduciéndose de este modo considerablemente Ia dimensión del mismo- in these plants the boiler (7) can be fed with gas from the underwater battery, thus reducing considerably the size thereof
- se incorpora un IPCD (17) para Ia cesión a aire atmosférico de Ia presión del agua de mar pretratada y presurizada que exceda de Ia capacidad nominal de los filtros de osmosis inversa. Este IPCD (17) se puede diseñar para que funcione también a Ia inversa durante Ia descarga de Ia batería, es decir, utilizando Ia presión del aire para cedérsela al agua de mar pretratada. Alternativamente, se podrían habilitar etapas especiales para el funcionamiento con aire en los cilindros de alta presión de los IPCD's para el aprovechamiento de las olas, mareas y/ó viento, suprimiendo así este nuevo IPCD (17) e incrementando sin duda el rendimiento del sistema, aunque complicando el diseño de los IPCD's para el aprovechamiento de las olas, mareas y/ó viento- an IPCD (17) is incorporated for the transfer to atmospheric air of the pressure of the pre-treated and pressurized sea water that exceeds the nominal capacity of the reverse osmosis filters. This IPCD (17) can be designed so that it also works in reverse during the discharge of the battery, that is, using the air pressure to transfer it to the pretreated seawater. Alternatively, special stages could be enabled for operation with air in the high pressure cylinders of the IPCDs for the use of waves, tides and / or wind, thus suppressing this new IPCD (17) and certainly increasing the system performance , although complicating the design of IPCDs for the use of waves, tides and / or wind
- los sistemas de tratamiento de Ia salmuera hiperconcentrada- Hyperconcentrated brine treatment systems
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) (15) y de enfriamiento del agua de mar pretratada previo a su entrada en los filtros de osmosis inversa, para rebajar su presión osmótica (16) se pueden mantener basados en el aprovechamiento de Ia energía solar y/ó en el aprovechamiento del calor generado durante Ia compresión del aire, de tal modo que el aire comprimido se enfria a presión constante previamente a su entrada a Ia batería submarinaSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) (15) and cooling of pretreated seawater prior to its entry into reverse osmosis filters, to reduce its osmotic pressure (16) can be maintained based on the use of solar energy and / or the use of heat generated during the compression of the air, in such a way that the compressed air is cooled at a constant pressure before entering the underwater battery
- se puede incorporar un sistema de calentamiento del aire procedente de Ia batería submarina cuando va a ser descargada (18), basado en Ia energía solar ó en cualquier otra fuente de energía térmica disponible- an air heating system from the underwater battery can be incorporated when it is to be discharged (18), based on solar energy or any other available thermal energy source
- también se puede incorporar a Ia instalación un sistema de turbocompresores (19) (o bien de turbinas y/ó compresores), que sirvan para cargar Ia batería submarina cuando existan períodos largos con poca disposición de las fuentes de energía renovable y/ó que se puedan utilizar para generar energía eléctrica a partir del aire proveniente de Ia batería y calentado. Sería incluso posible acoplar el rotor de Ia turbina al de una bomba que impulsase agua de mar pretratada a los filtros de osmosis inversa, en lugar de utilizar el IPCD- a system of turbochargers (19) (or turbines and / or compressors) can also be incorporated into the installation, which serve to charge the underwater battery when there are long periods with little disposition of renewable energy sources and / or that They can be used to generate electrical energy from the air coming from the battery and heated. It would even be possible to couple the turbine rotor to a pump that propel pretreated seawater to the reverse osmosis filters, instead of using the IPCD
g. Aplicaciones industriales de Ia invencióng. Industrial applications of the invention
Las aplicaciones industriales de Ia invención son múltiples, y han sido ampliamente descritas en los apartados anteriores.The industrial applications of the invention are multiple, and have been widely described in the previous sections.
A modo de resumen, se puede decir que todos los sistemas objeto deAs a summary, it can be said that all systems subject to
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) esta patente son de aplicación por sí mismos ó de forma conjunta para Ia desalación de agua de mar, para Ia generación de energía eléctrica y para Ia regulación de Ia energía eléctrica. También podrían ser de aplicación para presurizar cualquier tipo de fluido para su posterior utilización en cualquier tipo de proceso, sea industrial ó no.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) These patents are applicable by themselves or jointly for the desalination of seawater, for the generation of electrical energy and for the regulation of electrical energy. They could also be applied to pressurize any type of fluid for later use in any type of process, whether industrial or not.
Finalmente, y tal como también ha sido descrito anteriormente, puede existir una aplicación industrial colateral que es Ia creación de ambientes marinos con agua a mayor temperatura para Ia ubicación de una piscifactoría.Finally, and as also described above, there can be a collateral industrial application that is the creation of marine environments with higher temperature water for the location of a fish farm.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)

Claims

REIVINDICACIONES
1. La batería de fluidos, caracterizada por utilizar Ia presión de un fluido (fluido de carga) para transmitirla a un gas (fluido de almacenamiento), que puede haber sido previamente enfriado, introduciéndolo en una cámara estanca, mediante intercambiadores de presión de cámaras desdobladas (IPCD's) y/ó válvulas de balanceo para distribución de caudal, dejando luego cerrada Ia cámara estanca de tal forma que Ia energía que ha transmitido el fluido al gas queda almacenada en el mismo, para ser utilizada posteriormente cuando sea necesario transmitiendo Ia presión del gas, que puede ser previamente calentado, a un tercer fluido (fluido de descarga), nuevamente mediante IPCD's y válvulas de balanceo para distribución de caudal1. The fluid battery, characterized by using the pressure of a fluid (charging fluid) to transmit it to a gas (storage fluid), which may have been previously cooled, introducing it into a sealed chamber, by means of chamber pressure exchangers unfolded (IPCD's) and / or balancing valves for flow distribution, leaving the sealed chamber closed in such a way that the energy that has transmitted the fluid to the gas is stored in it, to be used later when necessary to transmit the pressure of the gas, which can be previously heated, to a third fluid (discharge fluid), again via IPCDs and balancing valves for flow distribution
2. Las baterías de fluidos, según Ia reivindicación 1, caracterizadas porque se les incorpora un sistema de regulación de Ia presión, consistente en dejar que el gas se expansione por otro conducto durante Ia carga, manteniendo constante su presión y utilizando Ia energía de esta expansión para transmitiría a un cuarto fluido (fluido de regulación), bien haciéndole subir de cota, o bien desplazándolo cuando se encuentra almacenado a determinada presión estática. En este tipo de baterías de fluidos es posible sustituir el gas de almacenamiento por un líquido, e incluso eliminarío y utilizar en su lugar el propio fluido de carga. En particular, estas baterías se pueden ubicar sumergidas (denominándose baterías submarinas) donde exista agua sometida a una determinada presión estática (mares, lagos, embalses, etc), construyéndose de tal forma que al menos una de las paredes de las mismas se pueda desplazar libremente contra el agua a Ia presión del exterior, de tal modo que Ia presión en el interior se iguale con Ia del exterior. Estas baterías se2. The fluid batteries, according to claim 1, characterized in that a pressure regulation system is incorporated, consisting of allowing the gas to expand through another conduit during charging, maintaining its pressure constant and using the energy of this expansion to transmit to a fourth fluid (regulation fluid), either by raising the elevation, or by moving it when it is stored at a certain static pressure. In this type of fluid batteries it is possible to replace the storage gas with a liquid, and even eliminate and use the charging fluid itself instead. In particular, these batteries can be located submerged (called underwater batteries) where there is water under a certain static pressure (seas, lakes, reservoirs, etc.), being built in such a way that at least one of the walls of the same can move freely against the water at the pressure from the outside, so that the pressure inside is equal to that of the outside. These batteries are
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) llenan insuflando un fluido a presión (concretamente a Ia presión estática a Ia que se encuentra sometida el agua a Ia profundidad a Ia que se encuentre Ia batería), mantienen posteriormente Ia energía almacenada cerrando una válvula, y se vacían simplemente dejando descargar el gas movido por el empuje del agua sometida a presión estática.SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) they fill by blowing a pressurized fluid (specifically to the static pressure to which the water is subjected to the depth to which the battery is located), subsequently maintain the stored energy by closing a valve, and empty simply by letting the gas moved discharge by the thrust of the water under static pressure.
3. Los sistemas para el aprovechamiento energético de las olas del mar, las mareas y el viento, caracterizados por utilizar Ia tecnología de IPCD's y/ó válvulas de balanceo para distribución de caudal y/ó baterías de fluidos (sistemas PREXTOR)3. The systems for the energy use of sea waves, tides and wind, characterized by the use of IPCD technology and / or balancing valves for flow distribution and / or fluid batteries (PREXTOR systems)
4. El IPCD sumergido para aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar en las cercanías de Ia costa, caracterizado por incorporar un giro de 90° previo a Ia alimentación a las cámaras de baja presión, dispuestas horizontalmente, donde el agua de mar, debido a su incremento de energía potencial por el oleje, presiona los pistones y transmite Ia presión a los cilindros de alta presión, de menor sección transversal y también en horizontal, donde se comprime un fluido hasta una presión determinada, estando Ia cámara de alojamiento de los cilindros de alta presión dotada de una atmósfera inocua a presión controlada en función del nivel del mar. Por otro lado, el sistema puede estar dotado de un sistema adicional de captación de Ia energía cinética por empuje frontal, nuevamente con tecnología de IPCD's, que puede incluso subir y bajar con las mareas para optimizar Ia captación de energía y minimizar el impacto ambiental4. The submerged IPCD for harnessing the energy of the sea waves in the vicinity of the coast, characterized by incorporating a 90 ° turn prior to feeding the low pressure chambers, arranged horizontally, where the seawater, Due to its increase in potential energy due to the flow, it presses the pistons and transmits the pressure to the high-pressure cylinders, with a smaller cross-sectional area and also horizontally, where a fluid is compressed up to a certain pressure, the housing housing being high pressure cylinders equipped with an innocuous atmosphere under controlled pressure depending on sea level. On the other hand, the system can be equipped with an additional system for capturing kinetic energy by frontal thrust, again with IPCD technology, which can even go up and down with the tides to optimize energy capture and minimize environmental impact
5. El sistema de conversión de Ia energía cinética en potencial y/ó concentración del oleaje, consistente en dotar a los IPCD's sumergidos para aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar en las cercanías de Ia costa, según reivindicación 4, de una rampa, recta ó curva, para conversión previa de Ia energía cinética en potencial, y/ó de un sistema5. The system for converting the kinetic energy into potential and / or concentration of the waves, consisting of providing the submerged IPCDs to take advantage of the energy of the sea waves in the vicinity of the coast, according to claim 4, of a ramp , straight or curved, for prior conversion of the kinetic energy into potential, and / or of a system
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) de concentración del oleaje por medio de dos muros verticales en los laterales de Ia rampa de concentración del oleaje que se van cerrando a medida que Ia rampa sube hasta llegar en su punto más alto a quedar muy cercanos entre sí, quedando a Ia distancia que ocupa el IPCD, de tal forma que se capte Ia energía de una porción mayor del frente de ola que su propia dimensión transversal, pudiéndose diseñar Ia rampa y/ó los muros laterales de tal forma que las olas de las que se espera disponer de forma predominante entren en resonancia y por tanto incrementen de forma notable su energía potencial. Incluso se pueden realizar los muros móviles para adaptarse en cada momento a las características del oleaje y hacerlo entrar en resonancia. Además, todo el sistema puede hacerse rotativo para ajustarse en cada momento a Ia dirección predominante de las olas, incluso apoyándose en Ia fuerza del viento sobre una vela que salga a Ia superficieSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) of concentration of the waves by means of two vertical walls on the sides of the ramp of concentration of the waves that are closed as the ramp rises until reaching its highest point to be very close to each other, being at the distance it occupies the IPCD, in such a way that the energy of a larger portion of the wave front is captured than its own transverse dimension, the ramp and / or the side walls being designed in such a way that the waves expected to be predominantly available come into resonance and therefore significantly increase your potential energy. You can even make mobile walls to adapt at all times to the characteristics of the waves and make it come into resonance. In addition, the entire system can be rotated to adjust at all times to the predominant direction of the waves, even relying on the force of the wind on a sail that rises to the surface
6. El IPCD para aprovechamiento de Ia energía potencial de las olas mar adentro, caracterizado por estar montado en vertical, a modo de boya, con un sistema de flotadores que presionan a los cilindros de alta presión, cuya cámara de alojamiento se encuentra dotada de una atmósfera inocua a presión controlada6. The IPCD for harnessing the potential energy of the offshore waves, characterized by being mounted vertically, as a buoy, with a system of floats that press the high-pressure cylinders, whose housing chamber is equipped with an innocuous atmosphere under controlled pressure
7. El mecanismo de giro en función de Ia dirección del viento del sistema de captación del viento en los sistemas PREXTOR para el aprovechamiento de Ia fuerza del viento, según reivindicación 3, e incluso de todo el sistema, consistente en incorporar una vela que posiciona al sistema aprovechando Ia dirección del viento7. The rotation mechanism as a function of the wind direction of the wind collection system in the PREXTOR systems for the use of the wind force, according to claim 3, and even of the whole system, consisting of incorporating a sail that positions to the system taking advantage of the wind direction
8. Las bombas y compresores eólicos, que consisten en molinos de viento con un rotor y unas palas tales como los utilizados en los aerogeneradores actuales, pero que en lugar de disponer de un8. Wind pumps and compressors, which consist of windmills with a rotor and blades such as those used in current wind turbines, but instead of having a
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) generador utilizan el movimiento del rotor para bombear ó comprimir un fluido, apoyándose en un multiplicadorSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) generator use the movement of the rotor to pump or compress a fluid, relying on a multiplier
9. Las válvulas de balanceo para distribución de caudal y las cámaras ó cilindros de baja presión de grandes dimensiones para IPCD's, caracterizados por estar realizados de láminas de material plástico ó de tejidos, que avancen en el caso de las válvulas de balanceo por Ia fuerza del fluido y en el caso de las cámaras de baja presión desplazados por el movimiento de los pistones, impidiendo Ia existencia de fugas hacia el lado de alta presión. Para estos últimos se pueden utilizar plásticos reforzados para evitar deformaciones y pérdidas, o bien incluso colocar una camisa exterior rígida con un lubricante interior9. The balancing valves for flow distribution and the low-pressure chambers or cylinders of large dimensions for IPCDs, characterized by being made of sheets of plastic material or fabrics, which advance in the case of balancing valves by force of the fluid and in the case of the low pressure chambers displaced by the movement of the pistons, preventing the existence of leaks towards the high pressure side. For the latter, reinforced plastics can be used to avoid deformations and losses, or even place a rigid outer jacket with an inner lubricant
10. Los pistones para IPCD's de grandes dimensiones, caracterizados por estar hechos de materiales plásticos ó tejidos a modo de vela, estando dotados de una estructura rígida a modo de coronas concéntricas y/ó barras radiales con las que se presione a los cilindros de alta presión10. The pistons for large-sized IPCDs, characterized by being made of plastic or woven materials by way of sail, being provided with a rigid structure as a concentric crowns and / or radial bars with which high-pressure cylinders are pressed Pressure
11. El sistema de reducción de Ia longitud de los cilindros de alta presión de IPCD's de grandes dimensiones, caracterizado por Ia incorporación al IPCD de un sistema de poleas ó de palancas entre los pistones y los cilindros de alta presión para realizar un traspaso de fuerzas y transformar las cámaras estrechas y alargadas en otras anchas y cortas11. The system for reducing the length of high-pressure cylinders of large-sized IPCDs, characterized by the incorporation into the IPCD of a system of pulleys or levers between the pistons and high-pressure cylinders to perform a force transfer and transform the narrow and elongated chambers into other wide and short
12. El sistema de obtención de salmuera hiperconcentrada en plantas desaladoras, consistente en un montaje de filtración en cascada, de tal forma que Ia salmuera que se va obteniendo vuelve a ser sometida a un proceso de osmosis inversa, con Io que se va obteniendo una salmuera cada vez más concentrada, y caracterizado por utilizar Ia tecnología de12. The system for obtaining hyperconcentrated brine in desalination plants, consisting of a cascade filtration assembly, in such a way that the brine that is obtained is again subjected to a reverse osmosis process, whereby a brine increasingly concentrated, and characterized by using the technology of
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) IPCD's y baterías de fluidos para evitar tener que acudir a bombeos de muy alta presiónSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) IPCD's and fluid batteries to avoid having to resort to very high pressure pumps
13. El sistema de destilación de líquidos en continuo, caracterizado por hacerlos subir por una conducción a medida que se van calentando, bajando por tanto constantemente Ia presión del líquido por encontrarse sometido a menor presión estática cuando va subiendo, consiguiéndose de este modo una mayor evaporación. En el punto más alto, se dispone una bomba de vacío que extrae el vapor de Ia parte superior de Ia columna, haciendo bajar Ia presión sobre Ia columna de líquido. Este sistema se puede alimentar en particular de energía solar, aprovechando que en los hornos solares el agua debe ser elevada hacia el punto de confluencia de los rayos solares, y pudiendo hacer varios escalones de confluencia en Ia torre, en función de Ia disposición de los heliostatos13. The continuous liquid distillation system, characterized by causing them to rise through a conduit as they are warming up, thus constantly lowering the pressure of the liquid by being subjected to lower static pressure when it is rising, thereby achieving greater evaporation. At the highest point, there is a vacuum pump that extracts the steam from the upper part of the column, lowering the pressure on the liquid column. This system can be fed in particular from solar energy, taking advantage of the fact that in solar furnaces the water must be elevated towards the point of confluence of the solar rays, and being able to make several steps of confluence in the tower, depending on the arrangement of the heliostats
14. Las plantas desaladoras ambientales, caracterizadas por basarse fundamentalmente en Ia utilización de energías renovables para su operación (primer objetivo), y por tratar de producir un vertido cero de salmuera al mar (segundo objetivo). Para lograr el primer objetivo, las plantas desaladoras ambientales incorporan sistemas PREXTOR de aprovechamiento energético de las olas del mar, las mareas y/ó el viento, y/ó bombas y/ó compresores eólicos, según reivindicaciones anteriores, utilizando agua de mar pretratada para presu rizaría en los IPCD's y/ά en las bombas eólicas y alimentar el sistema de filtración por osmosis inversa y almacenamiento de Ia energía, consistente en Ia elevación de cota hacia una balsa ó depósito elevado (batería de alta presión) del agua de mar pretratada que exceda Ia capacidad nominal de los filtros de osmosis inversa durante los períodos de mucha disposición de energía primaria, apoyándose en Ia batería de alta presión para alimentar a los filtros de osmosis inversa durante los períodos de poca disposición de14. Environmental desalination plants, characterized by being based primarily on the use of renewable energy for their operation (first objective), and for trying to produce a zero discharge of brine into the sea (second objective). In order to achieve the first objective, the environmental desalination plants incorporate PREXTOR systems for the energy use of sea waves, tides and / or wind, and / or pumps and / or wind compressors, according to previous claims, using pre-treated seawater for It would pressurize the IPCD's and / ά in the wind pumps and feed the reverse osmosis filtration and energy storage system, consisting of the elevation of elevation towards a raft or elevated reservoir (high pressure battery) of pretreated seawater that exceeds the nominal capacity of the reverse osmosis filters during periods of high primary energy availability, relying on the high pressure battery to feed the reverse osmosis filters during periods of poor disposal of
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) energía primaria, y estando dotadas de un calderín que amortigüe las oscilaciones de presión, especialmente cuando se aprovecha Ia energía de las olas del mar. Para lograr el segundo objetivo, las plantas desaladoras ambientales utilizan sistemas de tratamiento de Ia salmuera proveniente de los filtros de osmosis inversa, utilizando tecnologías de hiperconcentración previa de Ia salmuera, evaporación, destilación y/ó congelaciónSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) primary energy, and being equipped with a boiler that dampens pressure oscillations, especially when the energy of sea waves is used. To achieve the second objective, environmental desalination plants use brine treatment systems from reverse osmosis filters, using prior brine hyperconcentration, evaporation, distillation and / or freezing technologies.
15. El sistema de desalación por elevación de cota y congelación del agua de mar, consistente en proceder a Ia congelación del agua de mar pretratada y almacenada en Ia batería de alta presión de una planta desaladora ambiental, según reivindicación 14, ó al menos una parte de Ia misma durante las noches, cuando las temperaturas son más bajas, y aprovechando que las temperaturas son también más bajas debido a Ia altitud. El agua desalada se podría utilizar directamente ó mezclaría de nuevo con el agua de mar pretratada para reducir su presión osmótica. Además, con este sistema de almacenamiento se puede jugar con Ia alimentación a los filtros de osmosis inversa y hacerlo fundamentalmente de noche, cuando el agua está más fría y tiene menor presión osmótica. Además, a través de Ia tecnología de IPCD's y válvulas de balanceo para distríbución de caudal, es posible incluso subir agua de mar directamente hasta un depósito ó balsa elevado (batería de alta presión), casi sin necesidad de bombeos ni sistemas de aprovechamiento de Ia energía de las olas del mar, de las mareas ó del viento. Simplemente se puede utilizar Ia presión del agua desalada que viene de vuelta para cedérsela al agua de mar que ha de subir, requiriéndose por tanto un aporte adicional de energía suficiente tan sólo para vencer las pérdidas de carga en las conducciones. Otra opción consiste en realizar un proceso en dos etapas, congelación más osmosis inversa, manteniendo el esquema global de aporte de energías para subir el agua, desalarla por15. The desalination system by elevation of elevation and freezing of sea water, consisting in proceeding to the freezing of pretreated sea water and stored in the high-pressure battery of an environmental desalination plant, according to claim 14, or at least one part of it during the nights, when the temperatures are lower, and taking advantage of the fact that the temperatures are also lower due to the altitude. Desalinated water could be used directly or mixed again with pretreated seawater to reduce its osmotic pressure. In addition, with this storage system, the reverse osmosis filters can be played with feeding and do it fundamentally at night, when the water is colder and has lower osmotic pressure. In addition, through the technology of IPCD's and balancing valves for flow distribution, it is even possible to raise seawater directly to a reservoir or raised raft (high-pressure battery), almost without the need for pumping or use systems of Ia energy of sea waves, tides or wind. You can simply use the pressure of the desalinated water that comes back to give it to the sea water that has to rise, therefore requiring an additional supply of sufficient energy just to overcome the pressure losses in the pipes. Another option is to carry out a two-stage process, freezing plus reverse osmosis, maintaining the global scheme of energy supply to raise the water, desalt it by
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) congelación y utilizar Ia bajada de salmuera presurízada para alimentarla a los filtros de osmosis inversa. Incluso puede ponerse detrás una nueva etapa de calentamiento de Ia salmuera final obtenida para separar el agua de Ia salSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) freezing and use the lowering of pressurized brine to feed the reverse osmosis filters. Even a new stage of heating the final brine obtained to separate the water from the salt can be placed behind
16. Las plantas desaladoras ambientales, según reivindicación 14, caracterizadas por utilizar una batería submarina como batería de alta presión, añadiendo etapas especiales alimentadas de aire atmosférico en los IPCD's de aprovechamiento energético del oleaje, las mareas y/ó el viento o bien utilizando un IPCD reversible en el que el agua de mar pretratada y presurizada que excede Ia capacidad nominal de los filtros de osmosis inversa cede su presión a aire proveniente de Ia atmósfera que una vez presurizado se utiliza para cargar Ia batería submarina, pudiéndose utilizar previamente el calor generado durante Ia compresión como fuente de energía térmica para los procesos de tratamiento de Ia salmuera, según reivindicaciones anteriores, e incluso pudiéndose utilizar el calor residual para crear una zona de mayor temperatura en el mar apta para piscifactorías. Además, se puede utilizar energía solar ó cualquier otra fuente de energía térmica disponible para calentar el aire proveniente de Ia batería submarina previo a Ia descarga de Ia misma, e incrementar así el trabajo realizado en el IPCD reversible para cederte su presión al agua proveniente del pretratamiento16. The environmental desalination plants, according to claim 14, characterized by using an underwater battery as a high-pressure battery, adding special stages fed by atmospheric air in the IPCD's of energy use of waves, tides and / or wind or using a Reversible IPCD in which the pretreated and pressurized sea water that exceeds the nominal capacity of the reverse osmosis filters yields its pressure to air from the atmosphere that once pressurized is used to charge the underwater battery, being able to use previously the generated heat during the compression as a source of thermal energy for the processes of treatment of the brine, according to previous claims, and even being able to use the residual heat to create a zone of higher temperature in the sea suitable for fish farms. In addition, solar energy or any other source of thermal energy available can be used to heat the air coming from the underwater battery prior to its discharge, and thus increase the work done in the reversible IPCD to give it its pressure to the water coming from the pretreatment
17. El sistema de intercambio de calor entre el gas de almacenamiento y Ia salmuera en plantas desaladoras ambientales, según reivindicación 16, y en general entre dos fluidos a presiones elevadas y similares, consistente en hacer pasar al gas por una cámara en cuyo interior se encuentre una manguera flexible y resistente a Ia temperatura, que se alimente de Ia salmuera presurizada y realice un largo recorrido por el interior de Ia cámara del gas, produciéndose el intercambio de calor, o17. The heat exchange system between the storage gas and the brine in environmental desalination plants, according to claim 16, and in general between two fluids at high and similar pressures, consisting in passing the gas through a chamber inside which find a flexible and temperature resistant hose, which feeds on the pressurized brine and travels long inside the gas chamber, producing heat exchange, or
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) bien sustituyendo Ia manguera flexible por un serpentín de paredes fijas, sin necesidad de que aguanten Ia presión de los fluidos de trabajo, pero dotando al sistema de un sistema de seguridad que mantenga siempre igualadas las presiones de ambos fluidosSUBSTITUTE SHEET (RULE 26) either replacing the flexible hose with a fixed wall coil, without the need to withstand the pressure of the working fluids, but providing the system with a safety system that always keeps the pressures of both fluids equalized
18. El sistema de aprovechamiento en continuo de Ia presión de Ia salmuera en plantas desaladoras ambientales, según reivindicaciones anteriores, consistente en el montaje de los filtros de osmosis inversa de una planta desaladora, individualmente ó en grupos que se encuentren en paralelo, de tal forma que se alimenten a partir de agua pretratada y presurizada en un IPCD retroalimentado, donde se Ie cede Ia presión a partir de una doble fuente: en una primera etapa a partir de una batería de fluidos ó cualquier otra fuente de presiones, y en una segunda etapa a partir de Ia propia presión de Ia salmuera obtenida en los filtros18. The system of continuous use of the pressure of the brine in environmental desalination plants, according to previous claims, consisting of the assembly of the reverse osmosis filters of a desalination plant, individually or in groups that are in parallel, of such so that they are fed from pretreated and pressurized water in a feedback IPCD, where the pressure is transferred from a double source: in a first stage from a battery of fluids or any other source of pressures, and in a second stage from the brine pressure itself obtained in the filters
19. La utilización de las plantas desaladoras ambientales, según reivindicaciones anteriores, como centrales de regulación de Ia energía eléctrica, consistente en complementarias con un sistema auxiliar de carga de Ia batería ó baterías de fluidos mediante grupos electrobomba Cs/ el fluido de almacenamiento es un líquido) ó de compresores (si se trata de un gas), y/ó con un sistema de turbinas como sistema auxiliar de descarga, para hacerios funcionar a los primeros de noche y/ó a las segundas durante el día, gracias a Ia capacidad de almacenamiento de energía de Ia planta. Además, en el caso de utilizarse baterías de gas submarinas, se puede jugar con las diferencias del nivel del mar producidas por las mareas para obtener una energía extra que convierte a las baterías submarinas en un sistema único de regulación de Ia energía eléctrica que permite su aplicación en sí mismo al margen incluso de Ia desalación del agua de mar19. The use of environmental desalination plants, according to previous claims, as centrals for regulating electrical energy, consisting of complementary to an auxiliary system for charging the battery or fluid batteries by means of electro-pump groups Cs / the storage fluid is a liquid) or of compressors (if it is a gas), and / or with a turbine system as an auxiliary discharge system, to make them work at night and / or second during the day, thanks to the capacity of energy storage of the plant. In addition, in the case of using underwater gas batteries, you can play with the differences in sea level produced by the tides to obtain an extra energy that converts the underwater batteries into a unique system of regulation of the electrical energy that allows their application itself regardless of even desalination of seawater
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
20. La ubicación bajo el mar del pretratamiento de las plantas desaladoras ambientales, según reivindicaciones anteriores, consistente en disponerlo a Ia profundidad suficiente para permitir Ia alimentación de agua de mar al pretratamiento sin necesidad de bombeos previos, pudiéndose disponer Ia captación de agua de mar en el fondo y mar adentro, donde el agua está más fría y su presión osmótica es menor, y conducirla hasta el pretratamiento sin necesidad de bombeo debido a Ia propia presión estática del agua20. The location under the sea of the pretreatment of the environmental desalination plants, according to previous claims, consisting in arranging it at sufficient depth to allow the feeding of sea water to the pretreatment without the need for prior pumping, the seawater collection being available at the bottom and offshore, where the water is cooler and its osmotic pressure is lower, and lead it to pretreatment without pumping due to the static pressure of the water itself
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) SUBSTITUTE SHEET (RULE 26)
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