Almacenamiento de energía
La mejor manera de almacenar agua a presión es con un gigadepósito cilíndrico de óxido de grafeno. En este caso el tamaño es moderado por lo que se instala en tierra junto a la central hidroeléctrica.
El estudio del circuito hidráulico se corresponde con la Figura 30. Inicia en la piscina donde las turbinas vierten el agua de mar ya turbinada y sin energía. Cuando se desaliniza agua de mar el agua que sale del circuito (salmuera + red) debe compensarse. Para la compensación se activa la bomba hidráulica B1, la cual succiona agua y la envía a la piscina hasta que el circuito tiene su volumen inicial. El caudal que sale del circuito (salmuera + red) debe ser igual al caudal bombeado por B1. En caso de producir solamente electricidad, funcionará como un circuito cerrado. Circuito abierto si hay una fuente y un sumidero de agua (mar, rio, embalse, etc.) que permitan el uso de gigadepósitos.
Figura 30: Circuito hidráulico con gigadepósito
Fuente: Propia
La piscina conecta con el distribuidor D1, el cual tiene 3 salidas. S1 alimenta a los cilindros hidráulicos. S2 alimenta a la bomba de alta presión B2 (la cual es movida por el excedente energía fotovoltaica). S3 mantiene el nivel de agua a presión atmosférica de los tanques de los acumuladores-reguladores (A1 y A2) mediante la señal de una boya.
El gigadepósito de grafeno trabaja a una presión máxima de 2000 bares. Inicialmente estaba lleno de aire a presión a 80 bares. El bombeo hidráulico ha inyectado al depósito agua a alta presión disminuyendo el volumen de aire y llenándolo de agua de mar. La salida del depósito cilíndrico (s) conecta con dos acumuladores-reguladores conectados en paralelo (A1 y A2). Dichos acumuladores suben por la energía de chorro que impacta sobre los platos cóncavos unidos al eje del émbolo, Figura 31. El tiempo de duración de la carrera ascendente depende la presión que haya en el gigadepósito. La carrera ascendente siempre tardará menos tiempo que el tiempo de suministro de presión osmótica en su carrera descendente. En la carrera ascendente el émbolo comprime un resorte de espira y resistencia variable, Figura 30. El acumulador de la izquierda (A1) sube, mientras el acumulador de la derecha (A2) baja. Existe alternancia de ciclos de funcionamiento entre los dos acumuladores reguladores (A1 y A2). La Figura 31 muestra el ciclo de funcionamiento de los chorros y el acumulador-regulador de presión.
El distribuidor D2 regula el % de energía que se destina a generación de electricidad o desalinización del agua de mar. Todo dependerá de las curvas de demanda de la población. Se pueden abrir 1 o 2 turbinas hidráulicas conectadas en paralelo, siempre en busca de la mayor eficiencia, Figura 18: Estabilización de la curva de demanda eléctrica. El filtro de membrana y la turbina Pelton trabajan a la presión osmótica de 80 bares.
Los chorros de agua que recargan los acumuladores-reguladores de presión tienen su fuerza en función de la presión del gigadepósito. La energía que necesita el chorro para comprimir el resorte del acumulador-regulador (A1 y A2) es siempre la misma. La presión del gigadepósito va disminuyendo progresivamente. Para compensar la bajada de fuerza incidente en los platos cóncavos se debe aumentar el caudal incidente (Ver ANEXO Punto 14.1: Acumuladores-Reguladores).
Figura 31: Funcionamiento del acumulador-regulador de presión
Fuente: Propia
Otra posibilidad más eficiente es la de disponer 4 pares de cucharones e inyectores con diferentes caudales alrededor del plato de arrastre del émbolo, Figura 84. Cada par de inyectores tienen un caudal distinto. La apertura en combinación de los distintos caudales permite usar la potencia necesaria para subir el émbolo del acumuladorregulador y se produzca el ciclo de succión. Mientras en el resorte se acumula la energía necesaria para el ciclo de impulsión. Como la presión del gigadepósito disminuye a medida que se vacía. Se necesita compensar la pérdida de potencia del flujo aumentando el caudal que impacta en los platos. De manera gradual van abriéndose inyectores que aporten el caudal necesario, manteniendo la potencia del flujo constante. Solamente se abren los inyectores (1) cuando la presión es muy elevada dentro del gigadepósito (2000 bares). Cuando la presión es muy baja ≈ 80 bares, se abren todos los inyectores. Se produce un aumento del caudal de impacto sobre los platos que compense la poca presión. El proceso es escalonado.
Figura 84: Acumulador-regulador con multi-inyector
Fuente: Propia