CENTRAL DE BOMBEO MIXTA Y MÉTODO DE GENERACIÓN Y ALMACENAMIENTO DE ENERGÍA.

Central de bombeo mixta y método de generación y almacenamiento de energía.

Central de bombeo mixta que comprende una red de captación, tratamiento y abastecimiento de agua que comprende, al menos un depósito principal o de cabecera (5, 6) y al menos dos depósitos secundarios (7-12). El al menos un depósito principal (5, 6) y los al menos dos depósitos secundarios (7-12) están conectados entre sí mediante conducciones (24) y medios de válvula (23). El sistema comprende unos medios de conversión (26) de la energía potencial del agua en energía eléctrica, unos medios de bombeo y unos medios de control (33), en conexión con al menos unos medios de actuación (27), adaptados para el accionamiento de los medios de válvula (23), de los medios de conversión (26) y de los medios de bombeo (25).

Central de bombeo mixta y método de generación y almacenamiento de energía.

OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención está dirigida a una central de bombeo mixta y a un método para la generación y almacenamiento de energía eléctrica a partir de dicha central.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la actualidad, existen muchos sistemas distintos para generar energía. En concreto, dentro del campo de la invención, i.e, la energía hidroeléctrica, existen centrales hidroeléctricas, que transforman la energía potencial de un fluido en energía eléctrica, y centrales de bombeo, que transforman la energía potencial de un fluido en energía eléctrica y viceversa, y la almacenan. Existen también centrales de bombeo mixtas, en las que además del flujo de agua entre el depósito y el contradepósito existe un flujo neto de agua entrante en el depósito superior y saliente del depósito inferior que corresponde a la aportación de un recurso hídrico externo, como por ejemplo un río.

El funcionamiento básico de estos sistemas se basa en la elección de un depósito y un contradepósito. Desde el primero se deja caer el fluido por gravedad hacia el segundo, aprovechándose la energía potencial de dicho fluido para producir energía eléctrica. Desde el segundo se puede bombear el fluido hacia el primero en un periodo en el que el coste de la energía eléctrica empleada para bombear sea más bajo, de modo que compense el beneficio por la energía generada en un periodo frente al gasto que supone bombear de nuevo el fluido en el otro periodo.

El documento WO07131305A describe una central hidroeléctrica con rellenado indirecto por hidro-acumulación, incluyendo una serie de bombas movidas por un molino de agua o similar, utilizando la energía cinética de la corriente de agua, manga de agua o conducciones a través de los cuales se bombea el agua hacia el depósito de hidro-acumulación.

El documento BR0305012 A hace referencia a un sistema de retorno de agua a un pantano, de modo que el agua que se pierde por los aliviaderos se hace retornar al pantano para que se aproveche para cumplir su función generadora de energía. Esto lo lleva a cabo con un bajo coste, ya que utiliza dispositivos existentes en el mercado (bombas comerciales, conducciones, norias, etc.) .

No obstante, estos sistemas necesitan la construcción de una infraestructura ad hoc, siendo por tanto el coste de la infraestructura proporcional al número de elementos que se quieran construir. Además, debido precisamente a este coste, la capacidad de elección entre itinerarios para realizar los trasiegos se ve muy reducida. Tampoco se conoce ningún sistema que tenga en cuenta las pérdidas originadas por las fugas en las conducciones.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención propone una solución al problema anterior mediante un sistema según la reivindicación 1 y un método según la reivindicación 12. En las reivindicaciones dependientes se definen realizaciones preferidas de la invención.

En un primer aspecto inventivo se presenta una central de bombeo mixta que comprende una red de abastecimiento de agua que comprende,

• al menos un depósito principal o de cabecera a una altura HP,

• al menos dos depósitos secundarios a una altura H1 y H2 respectivamente, en donde • el al menos un depósito principal y los al menos dos depósitos secundarios están conectados entre sí mediante conducciones y medios de válvula, y

caracterizado porque comprende

• al menos unos medios de conversión de la energía potencial del agua en su trasiego entre dos depósitos por gravedad, en energía eléctrica,

• al menos unos medios de bombeo de agua desde al menos un depósito hasta al menos otro depósito con una altura mayor, y

• unos medios de control en conexión con al menos unos medios de actuación, adaptados para

- el accionamiento de los medios de válvula para permitir el trasiego por gravedad de un flujo de agua desde al menos un depósito hasta al menos otro depósito con una altura menor, y activación de los al menos unos medios de conversión para la producción de energía eléctrica

a partir de dicho flujo de agua asociado durante un periodo de tiempo T1, y

-el accionamiento de los medios de válvula y de los al menos unos medios de bombeo para

permitir el trasiego de un flujo de agua por bombeo desde al menos uno de los depósitos hasta otro depósito a un altura mayor durante un periodo de tiempo T2.

En el contexto de la presente invención, se entiende por depósito cualquier entidad capaz de almacenar agua, ya sea un depósito al uso, i.e, depósito de cabecera, depósito de cola, aljibe, etc., ya sea cualquier otra entidad de almacenamiento, como un pantano, un río, un acuífero, un lago o mar, etc.

En el contexto de la presente invención, se entiende por conducción cualquier medio de conexión que ponga en contacto fluido dos depósitos. Puede entenderse por tanto cualquier tubería, cañería o conducto enterrado o al aire libre, un surco, un canal, una cascada, etc.

En el contexto de la presente invención, se entiende que los medios de control están en conexión con los medios de actuación en el sentido de que los medios de control gobiernan los medios de actuación, enviando órdenes de activación o desactivación de los medios (medios de válvula, medios de conversión, medios de bombeo, etc.) sobre los que actúan dichos medios de actuación. Los medios de control utilizan, entre otros aspectos, para dicho gobierno la información que reciben por parte de los diversos sistemas de detección de la central.

En el contexto de la presente invención, la activación de los medios de válvula puede servir para diversas funciones, como por ejemplo para abrir o cerrar un conducto y reducir las fugas o como paso inmediatamente anterior a la activación de un medio de conversión o un medio de bombeo, o para hacer un bypass de un medio de conversión o de bombeo.

Ventajosamente con una central según la invención, se puede aprovechar una infraestructura que ya ha sido creada para el abastecimiento de agua y utilizarla para almacenar y obtener energía, de modo que ambos sistemas se benefician mutuamente: aprovechar la red de abastecimiento de agua permite al sistema de generación y almacenamiento de energía contar con una gran cantidad de depósitos y conexiones para realizar los trasiegos, y por otro lado, el hecho de poder generar energía permite abastecer de agua y energía de manera más eficiente a las localidades cuya generación y demanda de agua y energía sufre fuertes variaciones temporales tanto horarias como estacionales, y a cuya demanda no puede hacer frente el sistema actual de abastecimiento de energía. Además, una distribución planeada del agua permite que el agua de la que se dispone se distribuya entre núcleos de población de manera más eficiente que con los sistemas encontrados en el estado de la técnica.

En una realización particular de la invención, la altura HP es mayor que H1 y mayor que H2.

En una realización particular de la invención, la central comprende un sistema de detección de fugas para la detección de un nivel de fuga que comprende al menos dos sensores de caudal de medida directa o indirecta en al menos una conducción. Se entiende por medida directa la de aquellos sensores que miden directamente el caudal que atraviesa la sección donde están instalados. Se entiende por medida indirecta la de aquellos sensores que miden una magnitud que no es el caudal, pero gracias a la cual se puede calcular el caudal que atraviesa dicha sección.

En una realización particular de la invención, el sistema de detección comprende un conjunto distribuido de sensores de presión en al menos una conducción.

En una realización particular de la invención, los medios de control están en conexión con unos medios de actuación, estando adaptados dichos medios de control para el cierre de los medios de válvula y para la desactivación de los medios de conversión y los medios de bombeo en una conducción cuando el nivel de fuga en dicha conducción supera un umbral de fuga. Esto permite optimizar el funcionamiento de la central, teniendo en cuenta qué conexiones tienen un nivel de fuga demasiado elevado como para dejar de resultar ventajoso el hecho de utilizar esa conexión para realizar el trasiego.

En una realización particular de la invención, la central comprende al menos un sensor de detección de contenido de cloro para la detección de un nivel de contenido de cloro, y al menos un medio dosificador de cloro. En una realización particular de la invención, cada depósito comprende...

1. Central de bombeo mixta que comprende una red de captación, tratamiento y abastecimiento de agua que comprende,

• al menos un depósito principal o de cabecera (5, 6) a una altura HP (hb5, hb6) ,

• al menos dos depósitos secundarios (7-12) a una altura H1 y H2 respectivamente, en donde • el al menos un depósito principal (5, 6) y los al menos dos depósitos secundarios (7-12) están conectados entre sí mediante conducciones (24) y medios de válvula (23) , y caracterizado porque comprende

• al menos unos medios de conversión (26) de la energía potencial del agua en su trasiego entre dos depósitos (5-12) por gravedad, en energía eléctrica,

• al menos unos medios de bombeo de agua (25) desde al menos un depósito (5-12) hasta al menos otro depósito (5-12) con una altura mayor, y

• unos medios de control (33) , en conexión con al menos unos medios de actuación (27) , adaptados para

-el accionamiento de los medios de válvula (23) para permitir el trasiego por gravedad de un flujo de agua (Q) desde al menos un depósito (5-12) hasta al menos otro depósito (5-12) con una altura menor, y activación de los al menos unos medios de conversión (26) para la producción de energía eléctrica a partir de dicho flujo de agua (Q) asociado durante un periodo de tiempo T1, y

- el accionamiento de los medios de válvula (23) y de los al menos unos medios de bombeo (25) para permitir el trasiego de un flujo de agua (Q) por bombeo desde al menos uno de los depósitos (5-12) hasta otro depósito (5-12) a un altura mayor durante un periodo de tiempo T2.

2. Central de bombeo mixta según la reivindicación 1, caracterizado por que la altura HP es mayor que H1 y mayor que H2.

3. Central de bombeo mixta según cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, que comprende un sistema de detección de fugas (32) para la detección de un nivel de fuga caracterizado por que comprende al menos dos sensores de caudal (28) de medida directa o indirecta en al menos una conducción (24) .

4. Central de bombeo mixta según la reivindicación 3, donde el sistema de fugas (32) comprende un conjunto distribuido de sensores de presión (29) en al menos una conducción (24) .

5. Central de bombeo mixta según cualquiera de las reivindicaciones 3 o 4, caracterizado porque los medios de control (33) están en conexión con unos medios de actuación (27) adaptados para el cierre de los medios de válvula (23) y la desactivación de los medios de conversión (26) y los medios de bombeo (25) en una conducción (24) cuando el nivel de fuga en dicha conducción (24) supera un umbral de fuga.

6. Central de bombeo mixta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende al menos un sensor de detección de contenido de cloro (30) para la detección de un nivel de contenido de cloro, y al menos un medio dosificador de cloro (31) .

7. Central de bombeo mixta según la reivindicación 6, caracterizado porque cada depósito (5-12) comprende un sensor de detección de contenido de cloro (30) .

8. Central de bombeo mixta según cualquiera de las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado porque cada depósito (5-12) comprende un medio dosificador de cloro (31) .

9. Central de bombeo mixta según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado porque los medios de actuación (27) están adaptados para activar el al menos un medio dosificador de cloro (31) cuando el nivel de contenido de cloro está por debajo de un umbral de cloro.

10. Central de bombeo mixta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos un depósito (5-12) comprende un sensor de nivel (34) .

11. Central de bombeo mixta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los medios de control (33) están adaptados para llevar a cabo las siguientes acciones:

• recibir información relativa a valores históricos correspondientes a la época del año y el carácter laboral

o festivo de la jornada y a los valores estimados de la demanda de agua de cada depósito durante un número de horas siguientes al comienzo del trasiego, y

• seleccionar, haciendo uso de dicha información recibida,

-antes del periodo T1 al menos una conducción (24) en la que se va a realizar trasiego de agua por gravedad, accionando los correspondientes medios de válvula (23) y activando los medios de conversión (26) , y

-antes del periodo T2 al menos una conducción (24) en la que se va a realizar el trasiego de agua por bombeo, accionando los correspondientes medios de válvula (23) y activando los medios de bombeo (25) .

12. Método de obtención y almacenamiento de energía eléctrica con una central de bombeo mixta según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende los siguientes pasos:

• durante un periodo de tiempo T1,

-accionamiento de los medios de válvula (23) para permitir el trasiego por gravedad de un flujo de agua (Qi, j) entre al menos un depósito i (5-12) hasta al menos otro depósito j (5-12) a una altura menor, y

- accionamiento de al menos unos medios de conversión (26) para la producción de energía eléctrica a partir de dicho flujo de agua (Qi, j) asociado,

• durante un periodo de tiempo T2, -accionamiento de los medios de válvula (23) y -accionamiento de los al menos unos medios de bombeo (25) para el trasiego de un flujo de agua (Q) desde al menos uno de los depósitos (5-12) hasta otro depósito (5-12) a un altura mayor.

13. Método de obtención y almacenamiento de energía eléctrica con una central de bombeo mixta según la reivindicación 12, caracterizado por que comprende adicionalmente las etapas de:

• comprobar el nivel de fuga de una conducción (24) , detectado por el sistema de detección de fugas (32) , y

• si el nivel de fuga supera el umbral de fuga, desactivar los medios de conversión (26) y los medios de bombeo (25) en dicha conducción (24) .

14. Método de obtención y almacenamiento de energía eléctrica con una central de bombeo mixta según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 13, en el que la comprobación del nivel de fuga se realiza al menos una vez en al menos uno de los periodos de tiempo T1 o T2.

15. Método de obtención y almacenamiento de energía eléctrica con una central de bombeo mixta según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque se lleva a cabo tomando como referencia temporal un día, dividido en intervalos temporales, y un índice “n” que recorra dichos intervalos temporales dentro de dicha referencia temporal.

16. Método de obtención y almacenamiento de energía eléctrica con una central de bombeo mixta según la reivindicación 15, caracterizado porque los medios de control (33) realizan las siguientes acciones:

• reciben información relativa a valores históricos correspondientes a la época del año y el carácter laboral o festivo del día de referencia y a los valores estimados de la demanda de agua de cada depósito durante dicho día de referencia.

• antes de comenzar el día de referencia, seleccionar, haciendo uso de la información recibida, al menos una conducción (24) en la que se va a realizar trasiego de agua por gravedad, accionando los correspondientes medios de válvula (23) y activando los medios de conversión (26) , y

• antes comenzar el día de referencia, seleccionar, haciendo uso de la información recibida, al menos una conducción (24) en la que se va a realizar el trasiego de agua por bombeo, accionando los correspondientes medios de válvula (23) y activación de los medios de bombeo (25) , en función de los valores estimados de la demanda de agua de cada depósito durante el día de referencia.

17. Método de obtención y almacenamiento de energía con una central de bombeo mixta según la reivindicación 16, caracterizado porque los medios de control (33) seleccionan para cada intervalo temporal n del día de referencia las conducciones (24) entre las que se va a realizar el trasiego mediante la optimización de una función de coste C

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Cubriendo i y j todos los pares de depósitos de la central, incluyendo los intercambios de agua con el ambiente y las aportaciones al consumo externo, y cubriendo n cada una de los intervalos temporales del día, y siendo cada uno de los términos:

Cn, i, j: coste del trasiego entre el depósito i y el depósito j

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Qn, i, j: gasto másico (en kg/s) que atraviesa la conducción en el trasiego entre el depósito i y el depósito j, constante durante el tiempo Tn, i, j. Fn, i, j: gasto másico (en kg/s) que se pierde por fugas en el trasiego entre el depósito i y el depósito j, constante durante el tiempo Tn, i, j, y estimado por medio de datos históricos.

g: aceleración de la gravedad hn, i: altura media del nivel en el depósito i durante el intervalo temporal n hn, j: altura media del nivel en el depósito j durante el intervalo temporal n ηn, i, j: rendimiento de la máquina, turbina o turbina-bomba en el caso de un trasiego por gravedad o bomba en el caso de un trasiego por bombeo, constante durante el intervalo temporal n.

kn, i, j: coste de la electricidad, para vender en el caso de trasiego por gravedad (en cuyo caso tendrá un valor positivo) o para comprar en el caso de trasiego por bombeo (en cuyo caso tendrá un valor negativo) . Se estima al comienzo de cada jornada en base a datos históricos y otras informaciones. Se considera que permanece constante durante el intervalo temporal n. Tn, i, j: tiempo durante el cual tiene lugar el trasiego dentro del intervalo temporal n, será T1n, i, j en el caso del

trasiego por gravedad o T2n, i, j en el caso del trasiego por bombeo.

P: precio del agua, constante.

en donde para la optimización de la función interviene la limitación de mantener el nivel mínimo de los depósitos, por motivos del uso del depósito; estando dado en los depósitos de consumo externo por las necesidades de 20 abastecimiento, y en los depósitos naturales, por necesidades ecológicas.

Fig. 1.

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Qn, 21, 0

Fig. 2