“Sistema de generación de energía eléctrica a partir de una fuerza gravitacional obtenida en un proceso de bombeo de dióxido de carbono”

Sector técnico de la invención

La invención se refiere a un sistema de generación de energía eléctrica a partir de una fuerza gravitacional obtenida en un proceso de bombeo de dióxido de carbono.

Según otro aspecto, el sistema de generación de energía eléctrica de la invención está adaptado para ser implementado en una instalación de Captura y Almacenamiento de Carbono o CAC (en inglés, Carbón Capture and Storage o CCS).

Antecedentes de la invención

Como es sabido, la acumulación de dióxido de carbono (CO2) en la atmósfera crece a un ritmo trepidante debido principalmente al crecimiento expansivo de la actividad industrial, agropecuaria, de transporte y generación eléctrica, y asimismo por el largo tiempo de permanencia de la molécula en el aire.

Es previsible que los compromisos internacionales en materia de reducción de gases de efecto invernadero establezcan, y hagan efectivos, imperativos cada vez más restrictivos respecto al alcance de la producción eléctrica a partir de combustibles fósiles, lo que redundará en una mayor inversión en energías renovables, aquellas que no producen efectos adversos sobre la atmósfera ni el medio ambiente, tales como la energía del sol, viento, marea y olas, entre otras.

Si bien cada vez es mayor la urgencia de evitar que los efectos adversos sobre el medio ambiente se produzcan de manera irreversible, la dependencia de los combustibles fósiles se impone pese a los esfuerzos y voluntad de restringir su uso.

Una posibilidad que permitiría mantener en operación los procesos de combustión industriales y de conversión energética, tales como plantas térmicas, sin que éstas generasen una contribución de dióxido de carbono atmosférico, es la captura directa del dióxido de carbono de las chimeneas o del aire atmosférico según una tecnología actualmente en funcionamiento denominada “Captura y Almacenamiento de Carbono” o CAC, y posteriormente transportarlo a un lugar de almacenamiento geológico para aislarlo de la atmósfera a largo plazo. El almacenamiento del dióxido de carbono se puede llevar a cabo en yacimientos de sal o de hidrocarburos (petróleo o gas) agotados, o en formaciones rocosas bajo mantos de roca basáltica subterráneos, así como también en cavidades submarinas donde el dióxido de carbono en estado líquido podría asentarse para irse asimilando con la roca del fondo marino y con el tiempo formar carbonatos, o incluso se ha probado su uso en depósitos vacíos de petróleo situados bajo el lecho marino para inyectar dióxido de carbono en estado líquido.

La molécula de dióxido de carbono pesa aproximadamente 3,67 veces la de carbón, y 2,75 veces la de metano pues incorpora el oxígeno diatómico en la combustión, lo que supone mayor energía en el transporte para el desalojo del dióxido de carbono del que supuso la alimentación del combustible.

Para optimizar la energía en el transporte del dióxido de carbono a lo largo de los gaseoductos, el dióxido de carbono se eleva a la condición supercrítica (que es donde coexisten los estados gaseoso y líquido), que se alcanza a una presión a partir de 80 bares y a una temperatura de 31 °C. En dicho estado, el dióxido de carbono es cuasilíquido, conservando una densidad próxima al de un líquido en tanto que la viscosidad es la propia de un gas, lo que permite el transporte en una masa concentrada a baja resistencia, con el consiguiente ahorro energético. La densidad del dióxido de carbono en el punto supercrítico es de 660 Kg/m ³ o un 65% la densidad del agua.

La finalidad de los sistemas de captura y almacenamiento de carbono no sería su puesta en aplicación de maneara indefinida, sino durante la transición hacia una descarbonización, que comportaría el abandono progresivo de los combustibles fósiles, en respuesta a una conciencia del entorno natural. Existen múltiples pruebas piloto a nivel mundial que avalan la viabilidad técnica y geológica del almacenamiento del dióxido de carbono, en algunos casos ofreciendo un rendimiento muy superior al proyectado.

No obstante, la captura y confinamiento de carbón sigue siendo casi testimonial debido a su alto costo energético, que se concentra primordialmente en la fase de captura, en la disociación del dióxido de carbono de los demás gases presentes en la combustión (óxidos de nitrógeno, hidrocarburos no quemados, óxidos de azufre, en algunos procesos también ácido clorhídrico, etc.).

En base a los procesos y tecnología actual, el coste de producción de una tonelada de dióxido de carbono a partir de los gases de combustión sigue siendo bastante superior al de la tasa de emisión de la misma tonelada de dióxido de carbono a la atmósfera en prácticamente todo el mundo. La financiación de manera extensiva de este tipo de proyectos mediante subsidios gubernamentales podría producirse en el supuesto de que la percepción del problema medioambiental hiciese más acuciante la descarbonización hasta el punto en que las tasas de emisión de carbono situasen la opción de los sistemas de captura y almacenamiento de carbono en un terreno más competitivo.

Por otra parte, cabe destacar que las energías renovables obtenidas a partir de fuentes naturales son abundantes e inagotables, pero presentan el inconveniente de que su producción de energía es irregular debido a las propias condiciones meteorológicas variables.

La demanda intensiva de electricidad producto de la actividad industrial, entre otros criterios particulares, impone medios masivos de producción eléctrica, como la que ofrecen las centrales térmicas, que puedan garantizar el suministro de potencia de manera continua y sostenida. Esta circunstancia, aunada a la disponibilidad intermitente de energía extraíble de los medios naturales, limita las posibilidades de cobertura de la demanda mediante fuentes renovables.

La incapacidad de almacenar la electricidad producida a la escala requerida de un modo viable económicamente presenta asimismo un desafío importante, que tiene una incidencia económica que se explica por el desajuste de la oferta con la demanda. Ciertas tecnologías son capaces de atajar esa limitante, como es el caso de un número de plantas hidroeléctricas con capacidad de operar de manera reversible, turbinando (y por tanto generando electricidad) en horas de demanda eléctrica, y consumiendo electricidad para bombear el agua previamente turbinada durante el horario nocturno, cuando la baja o nula demanda supone costos de electricidad proporcionalmente bajos, o acaso inexistentes. El bombeo de agua equivale a dotarse de energía potencial con un mayor gasto neto de energía, que sin embargo es a un costo marginal, mientras que se reserva el agua para producir electricidad en los horarios en que la demanda, y por lo tanto el precio del kWh, es más alta.

La solicitud de patente WO2015027113 A1 se refiere a un sistema y un método para almacenar energía potencial, capaz de generar energía eléctrica a partir de la fuerza de gravedad, que comprende un pistón deslizable en el interior de un cilindro hueco, cuyas paredes definen un volumen interno que contiene un líquido, una junta de sellado dispuesta entre el pistón y las paredes del cilindro, y un conducto de líquido en comunicación con el cilindro. El pistón divide el volumen interior en una primera cámara superior y una segunda cámara inferior, estando ambas cámaras intercomunicadas a través del conducto. El sistema comprende además una bomba/turbina reversible acoplada operativamente en el conducto de líquido para accionar un motor/generador reversible, y válvulas de control. El pistón es susceptible de moverse dentro del cilindro entre una posición elevada a una posición inferior. Cuando el pistón se encuentra en la posición inferior, la turbina deja de funcionar de modo que la energía generada es usada para accionar el motor de la bomba que a su vez impulsa el líquido a través del conducto desde la cámara superior hacia la cámara inferior, aumentando así la presión en la cámara inferior bajo el pistón. La diferencia de presión provoca la elevación del pistón hasta alcanzar la posición elevada, almacenándose energía potencial en el sistema. A continuación, la bomba deja de funcionar de manera que la energía potencial almacenada permite el descenso del pistón, cuyo peso impulsa el líquido hacia el conducto desde la cámara inferior hacia la cámara superior de modo que el líquido fluye a través de la turbina accionando así el generador para producir energía eléctrica, que puede ser utilizada en una central eléctrica. Este sistema puede ser usado, por ejemplo, para almacenar energía potencial que haya sido generada durante las horas de menor demanda de consumo eléctrico.

Sin embargo, se trata de un sistema provisto de una bomba/turbina reversible, análogo al de una planta hidroeléctrica reversible, que requiere electricidad para accionar la bomba para elevar el pistón en modo de recuperar energía potencial, siendo la bomba la misma turbina con rotación inversa. Por tanto, la eficiencia global del ciclo es negativa ya que se extrae menos energía de la que se suministra, aunque por otra parte se obtiene rentabilidad económica al alimentarse con el excedente de energía y producir en horario de alta demanda, cuando el precio del kWh es mayor.

En la actualidad, la necesidad de encontrar soluciones que compatibilicen los intereses económicos y ecológicos afecta a la cadena entera del sistema eléctrico, desde la tecnología de generación eléctrica hasta el consumo eficiente.

Por tanto, sería deseable disponer de un sistema de generación de energía eléctrica a partir de energía potencial, que permita generar electricidad en modo inmediato y continuo, y que garantice en todo momento una eficiencia global del ciclo positiva, esto es con un nulo o insignificante aporte de energía eléctrica para restaurar la energía potencial cedida.

Por otra parre, es de interés disponer de un sistema de generación de energía eléctrica que además contribuya a disminuir la contaminación medioambiental de las emisiones de dióxido de carbono concentradas en la atmósfera.

Asimismo, es de interés que la solución pueda implementarse de una forma estructuralmente sencilla, economizando el coste energético y reduciendo los costes de explotación.

Explicación de la invención

Con objeto de aportar una solución a los problemas planteados, se da a conocer un sistema de generación de energía eléctrica a partir de una fuerza gravitacional, obtenida en un proceso de bombeo de dióxido de carbono, caracterizado porque comprende al menos una unidad generadora de electricidad que comprende

- un conducto vertical;

- una cápsula alojada en el interior del conducto vertical configurada con capacidad para desplazarse con un movimiento alternativo entre una posición de elevación y una posición de descenso del conducto vertical, estando la cápsula provista de un depósito para la carga de un volumen de dióxido de carbono;

- unos medios de carga configurados para inyectar un volumen de dióxido de carbono en el interior del depósito de la cápsula, cuando dicha cápsula se encuentra en la posición de elevación, lo que procura un movimiento descendente de la cápsula hacia su posición de descenso por efecto de una fuerza de empuje descendente ejercida sobre la cápsula;

- unos medios de descarga configurados para evacuar el volumen de dióxido de carbono contenido en el depósito de la cápsula, cuando dicha cápsula se encuentra en la posición de descenso, lo que procura un movimiento ascendente de la cápsula hacia su posición de elevación, por efecto de una fuerza de empuje ascendente ejercida sobre la cápsula con capacidad de contrarrestar la fuerza de gravedad; y

- unos medios de conversión energética asociados operativamente con la cápsula y configurados para convertir la energía potencial resultante del movimiento de elevación o descenso de la cápsula en energía eléctrica; y porque el sistema está adaptado para ser implementado en una instalación de captura y almacenamiento de carbono, del tipo que comprende una línea de alimentación dispuesta en un nivel superior que conduce el dióxido de carbono capturado desde la superficie terrestre hacia una línea de evacuación dispuesta en un nivel inferior que inyecta el dióxido de carbono en una cavidad subterránea, ubicada bajo el manto marino o el manto terrestre para su confinamiento; estando los medios de carga para el llenado de la cápsula conectados a dicha línea de alimentación y estando los medios de descarga para el vaciado de la cápsula conectados a dicha línea de evacuación, de modo que la cápsula durante su fase de descenso opera como medio de transporte del dióxido de carbono para su posterior confinamiento. Por consiguiente, la disposición del sistema de la invención permite enlazar en simbiosis el proceso de descenso de la cápsula y el proceso de transporte subterráneo de dióxido de carbono en ruta a su confinamiento, con el propósito de aprovechar la energía potencial obtenida para generar electricidad.

En efecto, se aprovecha el propio descenso de la cápsula llena con la carga de dióxido de carbono para a su vez transportar el dióxido de carbono hasta un nivel inferior situado a gran profundidad dentro de cavidades subterráneas, contribuyendo así a disminuir el problema de la contaminación medioambiental que produce el dióxido de carbono liberado en la atmósfera.

De este modo, se obtiene un sistema que permite generar electricidad en modo inmediato y continuo, garantizando en todo momento una eficiencia global del ciclo positiva, esto es con un nulo o insignificante aporte de energía eléctrica para restaurar la energía potencial cedida, a diferencia de los sistemas de generación de energía eléctrica conocidos en el estado de la técnica que requerían almacenar la energía potencial para su uso en horas de mayores picos de demanda de electricidad.

Además, el sistema de la invención se puede implementar de una forma estructurante sencilla, lo cual permite economizar el coste energético y reducir los costes de explotación.

De acuerdo con una primera realización de la invención, el sistema de generación de energía eléctrica se caracteriza porque la al menos una unidad generadora de electricidad está configurada de modo que

- el conducto vertical está dispuesto sumergido bajo el nivel marino, de modo que contiene en su interior un volumen de agua al estar sus respectivos extremos superior e inferior en comunicación con la masa de agua marina que lo rodea;

- estando la cápsula dispuesta sumergida en el volumen interior de agua del conducto vertical, y provista de una carcasa hueca estanca que alberga en su interior el depósito para la carga del dióxido de carbono en estado preferentemente líquido; - estando los medios de carga configurados por una conducción de alimentación provista de una válvula de carga antirretorno situada sobre la parte superior del conducto vertical, y adaptada para acoplarse a una boca de carga del depósito cuando la cápsula se encuentra en su posición de elevación, de modo que el llenado del depósito con la carga de dióxido de carbono procura un descenso controlado de la cápsula hacia su posición de descenso por efecto de una fuerza de empuje motriz ejercida por los medios de conversión energética;

- estando los medios de descarga configurados por una conducción de evacuación provista de una válvula de descarga antirretorno situada bajo la parte inferior del conducto vertical, y adaptada para acoplarse a una boca de salida del depósito cuando la cápsula se encuentra en su posición de descenso, de modo que el vaciado del depósito procura un ascenso controlado de la cápsula hacia su posición de elevación por efecto de una fuerza de empuje hidrostático capaz de contrarrestar la fuerza de gravedad; y

- estando los medios de conversión energética configurados por al menos una turbina hidrostática acoplada por su lado de entrada a la parte superior del conducto vertical mediante una tubería en derivación y acoplada por su lado de salida a una tubería que desemboca en la masa de agua marina, de modo que la turbina es capaz de recibir la presión del volumen de agua desplazado por la cápsula vacía durante su movimiento ascendente por efecto de la fuerza de empuje hidrostático, y estando un eje motriz de la turbina conectado mecánicamente a un generador de energía eléctrica para generar electricidad en cada movimiento de elevación de la cápsula.

Según otra característica de la invención, la carcasa de la cápsula está provista de una pared rígida dotada de una camisa periférica que contiene aire comprimido para aislar térmicamente el depósito.

Preferentemente, la camisa periférica comprende al menos un orificio de paso en comunicación con el depósito para conformar un circuito cerrado de aire, de modo que durante la operación de vaciado del dióxido de carbono, el aire contenido en la camisa periférica es capaz de ocupar el espacio interior del depósito; y de modo que durante la operación de llenado, el dióxido de carbono es capaz de desplazar el aire contenido en el depósito hacia la camisa periférica.

Conforme a otra característica de la invención, se prevé que el dióxido de carbono sea inyectado en el depósito en estado líquido, y sometido previamente a una operación de enfriamiento para aumentar su densidad de modo que, teniendo en cuenta el peso de la carcasa de la cápsula y el peso del dióxido de carbono líquido en su interior, permita mantener la cápsula en flotación neutra, esto es con la cápsula inmóvil, sin descender por el peso ni ascender por sustentación.

Ventajosamente, la turbina hidráulica es capaz de operar con el motor del generador de energía eléctrica girando en sentido inverso, actuando en modo bomba o hélice, para ejercer una fuerza motriz capaz de impulsar una corriente de agua en sentido descendente a una velocidad tal que procura el descenso controlado de la cápsula llena en flotación neutra, con el propósito de evitar el impacto de la cápsula cuando alcanza la posición de descenso, siendo la energía consumida de un orden de magnitud muy inferior respecto a la obtenida de la turbina. Para ello, la velocidad de descenso se limita a un máximo de 1 m/s, en modo de mantener las pérdidas por fricción del agua con la pared interna del conducto prácticamente insignificantes, no produciendo por tanto más que presión dinámica.

Preferentemente, dicha tubería en derivación comprende un tramo horizontal conectado a la turbina hidráulica y un tramo vertical conectado a la parte superior del conducto vertical y dotado de un alojamiento interior previsto para recibir la cápsula en su posición elevada durante la operación de carga del dióxido de carbono, estando para ello dicho alojamiento dotado de un orificio conectado por su parte superior con la válvula de carga de la conducción de alimentación del dióxido de carbono.

Según otra característica de la invención, el sistema comprende un receptáculo inferior dispuesto bajo la parte inferior del conducto vertical, previsto para el apoyo de la cápsula en su posición de descenso durante la operación de descarga del dióxido de carbono, estando para ello dicho receptáculo dotado de un orificio conectado por su parte inferior con la válvula de descarga de la conducción de evacuación del dióxido de carbono.

Preferentemente, la cápsula está configurada por una porción central cilindrica cerrada en ambos extremos por dos porciones semiesféricas.

De acuerdo con otra característica de la invención, el conducto vertical está anclado por su parte inferior mediante uno o varios tirantes al manto rocoso del fondo marino.

Preferiblemente, el conducto vertical está formado por varios tramos cilindricos acoplados contiguos entre sí. Asimismo, el conducto vertical puede estar fabricado de un material textil.

Ventajosamente, el conducto vertical incluye una estructura exterior formada por espirales a lo largo de su longitud, con el propósito de mantener su estabilidad hidrodinámica frente a las corrientes marinas, evitando que se produzca el fenómeno de desprendimiento de vórtice que pueda derivar en resonancia del conjunto.

De acuerdo con una segunda realización de la invención, el sistema de generación de energía eléctrica se caracteriza porque la al menos una unidad generadora de electricidad está configurada de modo que

- el conducto vertical está dispuesto soterrado bajo el nivel de la corteza terrestre, de modo que contiene en su interior un volumen de aire a presión atmosférica al estar su extremo superior abierto a la atmósfera;

- estando la cápsula alojada dentro del conducto vertical, y provista de una carcasa hueca estanca que alberga en su interior el depósito para la carga del dióxido de carbono en estado preferentemente semilíquido;

- estando los medios de carga configurados por una conducción de alimentación provista de una válvula de carga antirretorno situada sobre la parte superior del conducto vertical, y adaptada para acoplarse a una boca de carga del depósito cuando la cápsula se encuentra en su posición de elevación, de modo que el llenado del depósito con la carga de dióxido de carbono procura un descenso controlado de la cápsula hacia su posición de descenso por efecto de la fuerza de gravedad;

- estando los medios de descarga configurados por una conducción de evacuación provista de una válvula de descarga antirretorno situada bajo la parte inferior del conducto vertical, y adaptada para acoplarse a una boca de salida del depósito cuando la cápsula se encuentra en su posición de descenso, de modo que el vaciado del depósito procura un ascenso controlado de la cápsula hacia su posición de elevación por efecto de una fuerza de tracción mecánica ejercida por los medios de conversión energética, capaz de contrarrestar la fuerza de gravedad; y

- estando los medios de conversión energética configurados por al menos un cabrestante dispuesto por encima de la parte superior del conducto vertical, provisto de un tirante enrollado al eje giratorio del cabrestante y acoplado por su extremo libre a la parte superior de la carcasa de la cápsula mediante un elemento de anclaje, de modo que el cabrestante es capaz de recibir la fuerza de tracción del tirante generada por el peso de la cápsula llena con la carga de dióxido de carbono durante su movimiento descendente por efecto de la fuerza de gravedad, y estando un eje motriz del cabrestante conectado mecánicamente a un generador de energía eléctrica, a través de un tren de engranajes que actúa como un reductor de velocidad, para generar electricidad en cada movimiento de descenso de la cápsula.

Ventajosamente, el cabrestante es capaz de operar con el motor del generador de energía eléctrica girando en sentido inverso, con el propósito de ejercer una fuerza de tracción capaz de elevar la cápsula vacía desde la posición de descenso hasta la posición de elevación, siendo la energía consumida insignificante.

Según otra característica de la invención, la cápsula comprende unos rodamientos previstos para deslizar sobre unos railes longitudinales complementarios dispuestos en la pared interior del conducto vertical, con el propósito de mantener la estabilidad de la cápsula durante su movimiento alternativo a lo largo del conducto vertical. Ventajosamente, en cualquiera de las dos realizaciones preferidas, el sistema puede comprender múltiples unidades generadoras dispuestas de modo que las respectivas cápsulas están sincronizadas según un orden secuencial de carga, con el propósito de multiplicar la capacidad productiva y a su vez generar continuidad en el suministro eléctrico.

Breve descripción de los dibujos

En los dibujos adjuntos se ilustra, a título de ejemplo no limitativo, dos modos de realización preferidos del sistema de generación de energía eléctrica a partir de una fuerza gravitacional, obtenida en un proceso de bombeo de dióxido de carbono, de la invención. En dichos dibujos:

- la Fig. 1 es una vista esquemática del sistema de la invención según una primera realización preferida, referente al caso submarino; - las Figs. 2 y 3 son respectivamente vistas en perspectiva y en planta superior del conducto vertical, mostrando el punto de carga del depósito del dióxido de carbono;

- las Figs. 4a y 4b son vistas esquemáticas de la turbina hidráulica que actúa de manera reversible conectada a la parte superior del conducto vertical, que muestran mediante flechas su funcionamiento en modo circulación de agua con hélice durante el descenso de la cápsula, y en modo generación eléctrica durante el ascenso de la cápsula, respectivamente;

- las Figs. 5a y 4b son vistas esquemáticas del sistema que muestran mediante flechas la circulación de agua a través del conducto vertical, actuando la turbina en el modo circulación de agua con hélice, y en modo generación eléctrica, respectivamente;

- las Figs. 6a a 6c muestran la posición de la cápsula a través del conducto vertical, en su posición elevada, en una posición intermedia, y en la posición de descenso alojada en el receptáculo de descarga, respectivamente; - la Fig. 7 es una vista en planta superior del receptáculo que recibe la cápsula en la posición de descenso;

- la Fig. 8 es una vista esquemática del sistema mostrando detalles de la operación de descarga del dióxido de carbono para su confinamiento en una cavidad subterránea bajo el manto marino; - la Fig. 9 es una vista esquemática en alzado de un conducto vertical mostrando su configuración estructural;

- las Figs. 10a a 10c muestran diferentes geometrías de capsulas, según una primera forma esférica, una segunda forma con un tramo central cilindrico con dos extremos semiesféricos, y una tercera forma similar a la segunda, pero con una longitud sustancialmente mayor;

- la Fig. 11 es una vista esquemática de la cápsula según la geometría representada en la Fig. 10b, mostrando las bocas de carga y descarga del depósito, y la camisa periférica de aire a presión;

- la Fig. 12 es una vista esquemática de una secuencia operativa de un conjunto de seis unidades generadoras para procurar continuidad de suministro de potencia;

- la Fig. 13 es una vista esquemática del sistema de la invención según una segunda realización preferida, referente al caso subterráneo;

- las Figs. 14 y 15 son respectivamente vistas en perspectiva y en planta superior de la cápsula en la posición de elevación dentro del conducto vertical, mostrando el punto de carga del depósito del dióxido de carbono y el punto de anclaje del tirante del cabrestante;

- la Fig. 16 es una vista en perspectiva superior del depósito en una posición intermedia dentro del conducto vertical, mostrando los raíles del conducto vertical;

- las Figs. 17 y 18 son respectivamente vistas en perspectiva y en planta inferior de la cápsula en la posición de descenso dentro del conducto vertical, mostrando el punto de descarga del depósito del dióxido de carbono; y

- las Figs. 19a y 19b son vistas esquemáticas de un cuarto de potencia de los medios de conversión energética conformado por un cabrestante, un tren de engranajes y un generador de energía eléctrica, dispuestos en la parte superior del conducto vertical, que muestran mediante flechas el sentido de la fuerza sobre el tirante en su funcionamiento en modo de generación de energía durante el descenso de la cápsula y en modo de recuperación de la energía potencial durante el ascenso de la cápsula, respectivamente.

Descripción detallada de la invención

A continuación, se describe un sistema 1a, 1b de generación de energía eléctrica a partir de una fuerza gravitacional, obtenida en un proceso de bombeo de dióxido de carbono.

Tal como se describirá en adelante, el sistema 1a, 1b de generación de energía eléctrica de la invención está adaptado para ser implementado en una instalación de Captura y Almacenamiento de Carbono o CAC (en inglés, Carbón Capture and Storage o CCS), del tipo que comprende una línea de alimentación 8 dispuesta en un nivel superior que conduce el dióxido de carbono capturado desde la superficie terrestre hacia una línea de evacuación 9 dispuesta en un nivel inferior que inyecta el dióxido de carbono en una cavidad subterránea 10, ubicada bajo el manto marino 11 (ver figura 1) o el manto terrestre 12 (ver figura 13) para su confinamiento.

Una primera realización de la invención se muestra en las figuras 1 a 12, en la que el sistema 1a de generación de energía eléctrica se encuentra dispuesto en un medio submarino, como se detallará a continuación.

El sistema 1a puede comprender una o múltiples unidades generadoras de electricidad. Por motivos de claridad, en las figuras 1 a 11 se ha representado una sola unidad generadora de electricidad que comprende

- un conducto vertical 2 dispuesto sumergido bajo el nivel marino M, de modo que contiene en su interior un volumen de agua al estar sus respectivos extremos superior e inferior en comunicación con la masa de agua marina S que lo rodea;

- una cápsula 3 dispuesta sumergida en el volumen interior de agua del conducto vertical 2, configurada con capacidad para desplazarse con un movimiento alternativo entre una posición de elevación A y una posición de descenso B del conducto vertical 2, estando la cápsula 3 provista de un depósito 4 (ver figura 11) para la carga de dióxido de carbono en estado líquido;

- unos medios de carga 5 configurados por una conducción de alimentación 13 provista de una válvula de carga 14 antirretorno situada sobre la parte superior del conducto vertical 2, y adaptada para acoplarse a una boca de carga 4a del depósito 4 cuando la cápsula 3 se encuentra en su posición de elevación A, de modo que el llenado del depósito 4 con la carga de dióxido de carbono procura un descenso controlado de la cápsula 3 hacia su posición de descenso B por efecto de una fuerza motriz tal como se explicará más adelante;

- unos medios de descarga 6 configurados por una conducción de evacuación 15 provista de una válvula de descarga 16 antirretorno situada bajo la parte inferior del conducto vertical 2, y adaptada para acoplarse a una boca de descarga 4b del depósito 4 cuando la cápsula 3 se encuentra en su posición de descenso B, de modo que el vaciado del depósito 4 procura un ascenso controlado de la cápsula 3 hacia su posición de elevación A por efecto de una fuerza de empuje hidrostático capaz de contrarrestar la fuerza de la gravedad; y

- unos medios de conversión energética 7 configurados por al menos una turbina 17 hidrostática acoplada por su lado de entrada a la parte superior del conducto vertical 2 mediante una tubería en derivación 18 y acoplada por su lado de salida a una tubería 19 que desemboca en la masa de agua marina S, de modo que la turbina 17 es capaz de recibir la presión del volumen de agua desplazado por la cápsula 3 vacía durante su movimiento ascendente por efecto de la fuerza de empuje hidrostático (ver figuras 4b y 5b), y estando un eje motriz de la turbina 17 conectado mecánicamente a un generador de energía eléctrica 20 para generar electricidad en cada movimiento de elevación de la cápsula 3.

Tal como se ha mencionado, el sistema está integrado en una instalación de captura y almacenamiento de carbono, de manera que los medios de carga 5 para el llenado de la cápsula 3 están conectados a la línea de alimentación 8 de la instalación y los medios de descarga 6 para el vaciado de la cápsula 3 están conectados a la línea de evacuación 9 de la instalación. De este modo, la cápsula 3 durante su fase de descenso opera como medio de transporte del dióxido de carbono para su posterior confinamiento.

Tal como se puede apreciar en las figuras 4a y 4b, dicha tubería en derivación 18 comprende un tramo horizontal conectado a la turbina 17 hidráulica y un tramo vertical conectado a la parte superior del conducto vertical 2 y dotado de un alojamiento interior previsto para recibir la cápsula 3 en su posición elevada A durante la operación de carga del dióxido de carbono, estando para ello dicho alojamiento dotado de un orificio 23 (ver figuras 2 y 3) conectado por su parte superior con la válvula de carga 14 de la conducción de alimentación 13 del dióxido de carbono.

Además, el sistema dispone de un receptáculo 24 inferior dispuesto bajo la parte inferior del conducto vertical 2 (ver figuras 1 , 6c y 7), previsto para el apoyo de la cápsula 3 en su posición de descenso B durante la operación de descarga del dióxido de carbono, estando para ello dicho receptáculo 24 dotado de un orificio 25 conectado por su parte inferior con la válvula de descarga 16 de la conducción de evacuación 15 del dióxido de carbono (ver figuras 1 y 8).

El receptáculo 24 está dispuesto separado una distancia predeterminada por debajo de la parte inferior del conducto vertical 2 para procurar la evacuación del volumen de agua desplazada por la cápsula 3 durante su descenso que desemboca hacia la masa de agua marina S. El receptáculo 24 además está fijado al manto rocoso del fondo marino 11 , y presenta unas aberturas laterales 24a para facilitar la expulsión del agua fuera del receptáculo 24 durante el apoyo de la cápsula 3 sobre el mismo.

Tal como se puede apreciar en la figura 11, la cápsula 3 está provista de una carcasa hueca estanca que alberga en su interior el depósito 4. La carga del dióxido de carbono se realiza a través de la boca de carga 4a situada en su parte superior, mientras que la descarga del dióxido de carbono se realiza a través de la boca de descarga 4b situada en su parte inferior. Asimismo, ambas bocas de carga 4a y descarga 4b están provistas de respectivas válvulas antirretorno (no mostradas).

Asimismo, la carcasa de la cápsula 3 está provista de una pared 21 rígida dotada de una camisa periférica 22 que contiene aire comprimido para aislar térmicamente el depósito 4, como se detallará más adelante.

Además, la camisa periférica 22 comprende al menos un orificio de paso (no mostrado) en comunicación con el depósito 4 para conformar un circuito cerrado de aire, de modo que durante la operación de vaciado del dióxido de carbono, el aire contenido en la camisa periférica 22 es capaz de ocupar el espacio interior del depósito 4; y de modo que durante la operación de llenado, el dióxido de carbono es capaz de desplazar el aire contenido en el depósito 4 hacia la camisa periférica 22.

Se prevé que el dióxido de carbono sea inyectado en el depósito 4 en estado líquido, y sometido previamente a una operación de enfriamiento para aumentar su densidad de modo que, teniendo en cuenta el peso de la carcasa de la cápsula 3 y el peso del dióxido de carbono líquido en su interior, permita mantener la cápsula 3 en flotación neutra, esto es con la cápsula 3 inmóvil, sin descender por el peso ni ascender por sustentación.

La turbina 17 hidráulica es capaz de operar con el motor del generador de energía eléctrica 20 girando en sentido inverso (ver figuras 4a y 5a), actuando en modo bomba o hélice 17’ (en una turbina híbrida de impulso y reacción, por ejemplo, tipo francis, o bien de reacción, tipo kaplan). Este modo permite dirigir el descenso de manera controlada, anulando su inercia y evitando una aceleración debida al peso de la cápsula 3 que provocaría un indeseado impacto contra el fondo marino.

La energía empleada para el empuje de la cápsula 3 hacia el fondo es debida exclusivamente a la circulación del caudal (energía cinética, en modo análogo a la hélice de una embarcación), que resulta muy inferior comparativamente con la obtenida en el ascenso (ver figuras 4b y 5b) añadiendo el componente de presión, que es la contribución energética que resulta de la fuerza de sustentación debida a la diferencia de densidades entre el agua y el aire.

Aunque el diámetro interior del conducto vertical 2 es aproximadamente el diámetro exterior de la cápsula 3, existe una cierta holgura definida por un anillo de líquido alrededor de la cápsula 3. Al descender, la cápsula 3 empuja agua hacia abajo y se desplaza igualmente entre el agua, que fluye en sentido contrario al del desplazamiento de la cápsula 3. Como mayor sea el salto térmico y la velocidad relativa del agua respecto a la cápsula 3, mayor la disipación de calor por convección. Tal como se ha mencionado, la carcasa de la cápsula 3 está provista de una camisa 22 de aire comprimido sellado que discurre por todo el perímetro interior del depósito 4 (ver figura 11), que sirve de aislante térmico entre el dióxido de carbono (a unos - 20°C para una densidad de 1057 kg/m ³ ) y el agua circundante (a unos 15°C), tomando en cuenta el agua como medio convectivo en el desplazamiento de la cápsula 3 a lo largo de todo el descenso, y que asimismo confiere un gradiente de presión entre el exterior y el interior, aliviando esfuerzos sobre la pared 21 externa tras la descarga del dióxido de carbono en el fondo submarino (las profundidades pueden ser superiores a 2,3 km, unas 230 atmósferas).

Tal como se puede apreciar por ejemplo en la figura 8, la conducción de evacuación 15 enlaza a su vez con la línea de evacuación 9 perteneciente a la instalación de captura y almacenamiento, provista de una válvula de inyección 9a para su ingreso a la cavidad subterránea 10 de confinamiento, empujado por la presión de unos 80 bares. En el caso de utilizar un depósito vacío de petróleo bajo el lecho marino para el almacenamiento del dióxido de carbono, se pueden aprovechar las mismas líneas de transporte y las válvulas, conocidas como válvulas de “árbol de navidad”, que se emplearon para la extracción del petróleo, salvo que con el sistema de la invención funcionarían invirtiendo el sentido de flujo. Este tipo de válvula 9a regula la presión y evita que el agua de mar ingrese en la cavidad 10 de confinamiento y entre en contacto con hidrocarburos no extraídos.

Durante la operación de descarga, una compuerta 17a de alimentación a la turbina 17 permanece cerrada (ver figura 4a y 4b), para mantener la cápsula 3 en posición y evitar que despegue antes de vaciar completamente el contenido de dióxido de carbono.

Con la descarga completamente realizada, se cierra la válvula de descarga

16 del dióxido de carbono, se abre la compuerta 17a de alimentación a la turbina

17 y la fuerza de flotación de la cápsula 3, debido a la diferencia de densidad con el agua asciende empujando y desplazando toda el agua contenida en la columna arriba suyo, haciéndola circular por la turbina 17, que acoplada al eje del generador de energía eléctrica 20 convertirá la potencia procedente del empuje (presión) y caudal del agua desplazada en electricidad.

Durante el ascenso de la cápsula 3, el conducto vertical 2 succiona agua de la parte inferior y vuelve nuevamente al mar en la descarga de la turbina 17 a través de la tubería 19, conformando así un circuito hidráulico (ver figuras 4b y 5b). Durante el bombeo de dióxido de carbono, se invierte el ciclo, tomando agua de la superficie marina y descargándola por la parte inferior del conducto vertical 2 (ver figuras 4a y 5a). Por consiguiente, se trata fundamentalmente de una planta hidráulica operando bajo el mar en modo gravitacionalmente invertido.

El conducto vertical 2 está anclado por su parte inferior mediante uno o varios tirantes 26 al manto rocoso del fondo marino 11 (ver figuras 6c y 8), en modo de quedar extendido, lo que convenientemente permite su repliegue y transporte de un proyecto a otro.

Según se puede apreciar en la figura 9, en esta realización, el conducto vertical 2 está formado por varios tramos cilindricos 2.1 a 2.n acoplados contiguos entre sí, y puede fabricarse a partir de material textil, lo que resulta ventajoso desde el punto de vista logístico y económico. Se prevé también que el material textil incluya una estructura exterior formada por espirales 27 a lo largo de la longitud del conducto vertical 2, que aportan rigidez y contribuyen a expandir el conducto vertical 2 manteniendo la forma circular de la sección. La razón principal de adoptar espirales 27 está, no obstante, ligada a la estabilidad hidrodinámica frente a las corrientes marinas, evitando que se produzca el fenómeno de desprendimiento de vórtice que pueda derivar en resonancia del conjunto.

En las figuras 10a a 10c, se muestran tres tipos de cápsulas 3a a 3c de diferentes geometrías. Además, se ha ilustrado con flechas la rotación que puede experimentar cada cápsula 3 sobre los tres ejes en el espacio.

El diseño de las cápsulas 3 responde asimismo a diversos criterios. Por una parte, la caracterización del flujo determina la geometría. La potencia hidráulica resulta esencialmente del producto de la presión (intensidad) y caudal (cantidad), siendo ambas variables recíprocas (la potencia tiene dos grados de libertad; una cantidad fija puede obtenerse de disminuir una variable en la misma proporción que se aumenta la otra, y lo opuesto).

La fuerza de sustentación provee la diferencia de densidad entre el medio circundante (agua) y el aire del interior de la cápsula 3 vacía multiplicado por el volumen interior de la cápsula 3 (pues es la propia flotación del gas la que ejerce la fuerza).

Por tanto, fijando el volumen del interior de la cápsula 3, extraer potencia privilegiando la presión al caudal supone una forma alargada en vertical, pues la presión es la fuerza ejercida sobre un área, y conviene por tanto concentrar dicha fuerza para aumentar la presión. El diámetro de la cápsula 3 será contenido, pero la altura es prominente tal como se puede apreciar en la figura 10c (capsula 3c).

Lo opuesto se da con el mismo volumen ocupando una forma esférica (cápsula 3a), como se muestra en la figura 10a. La fuerza queda distribuida transversalmente resultando en una menor presión específica, si bien la cantidad de fluido desplazado en el recorrido es mayor (como mayor el diámetro). Partiendo del mismo volumen en uno u otro caso, en teoría la potencia transferida es equivalente.

Considerando el salto térmico del dióxido de carbono en estado líquido, transportado a -20°C, con la temperatura del agua marina, que en promedio puede ser de alrededor de 15°C (como apuntado, no obstante la camisa 22 de aire perimetral, cuya función, además de regular la flotación de la cápsula 3 durante el descenso, es de proveer aislamiento térmico) la opción de la cápsula esférica (ver figura 3a) resulta ser la óptima por tener un espacio de internamiento mayor en su interior, lo que favorece un mayor gradiente térmico.

La geometría esférica ofrece además la mínima área superficial por un mismo volumen, lo que se traduce en menor material (por tanto también peso específico y costo) y menos superficie de contacto, con ello minimizando la fricción con el agua, lo que a su vez implica menor pérdidas de calor por convección. Si bien el descenso, al tener la cápsula 3 flotación neutra, su desplazamiento es prácticamente con el agua que lo circunda (como en una correa de transmisión), es decir que la velocidad relativa de la cápsula 3 con el agua circundante es mínima, de modo que los efectos de fricción y convección forzada son irrelevantes (no así el gradiente térmico por el espacio de internamiento y la cantidad de material).

Sin embargo, la esfera presenta el problema de que puede rotar libremente en cualquier eje, y debido a que se pretende mantener las válvulas de carga 14 y descarga 16 alineadas sobre el eje vertical del conducto 2, resulta necesario restringir la rotación sobre los dos ejes diferentes al vertical.

Una geometría idónea es la que comprende una porción central cilindrica cerrada en ambos extremos por dos porciones semiesféricas (capsula 3b), tal como se muestra en las figuras 10b y 11. Esta geometría ofrece el mejor compromiso, pues mantiene una distancia de internamiento próxima a la de la esfera, pero su moderado alargamiento vertical resulta en un aumento del momento de inercia angular que restringe la rotación en los ejes transversales, suficiente para asegurar la verticalidad.

Tal como se muestra en la figura 12, el sistema 1a puede operar con múltiples unidades generadoras de modo que las respectivas cápsulas 3 están sincronizadas según un orden secuencial de carga, con el propósito de multiplicar la capacidad productiva y a su vez generar continuidad en el suministro eléctrico. Por motivos de claridad, solo se ha representado esquemáticamente las respectivas cápsulas 3 dentro de su conducto vertical 2 y se ha ilustrado con flechas el sentido ascendente o descendente de cada cápsula 3. En el ejemplo representado se han empleado seis unidades generadoras, de las cuales cinco operan ascendiendo en modo secuencial y una desciende para recuperar su estado inicial.

Ejemplo de un caso práctico:

A modo de ejemplo, a continuación, se incluye un caso práctico idealizado de esta primera realización del sistema de generación de energía eléctrica, con objeto de ilustrar su contribución energética potencial técnicamente. Este ejemplo se basa en un sistema de múltiples unidades de energía y el tipo de cápsula empleada es la que presente un cuerpo central cilindrico con dos semiesferas en sus extremos.

• Datos del sistema múltiple conformado como se indica:

- Número de circuitos (conductos): 20

- Longitud del conducto: 2.5 km

- Diámetro de la cápsula (cilindro y semiesferas): 15 metros

- Longitud del tramo cilindrico de la cápsula: 200 metros

- Volumen de la cápsula: 37.110 m ³

• Fuerza de sustentación: F _s = ( _H 2o - _aire ) g V = (1.029 - 1,23) x 9,81 x 37.110 = 374 MN (meganewtons), o empuje gravitacional equivalente al de una masa de 38 mil toneladas. Para efectos de simplicidad, y tomando en cuenta la disparidad dimensional, no se considera el peso de la carcasa.

• Presión a la turbina: P = F _s /A = (374.159.422 x 4) / (p (15 ² )) = 2.117.309 Pa (altura manométrica: h = 215,9 metros de columna de agua)

Suponiendo que la turbina se diseña para admitir el caudal de todo el conducto en 6 horas (cumpliendo 3 descensos en 1 día).

• Volumen desplazado: Va = p r ² H = p x (7, 5) ² x 2.500 = 441.786 m ³

• Caudal: Q = V _d / 1 = 441.786 / (6 x 3600) = 20,45 m ³ /s

• Potencia teórica: W = P Q = p g h Q = 1.029 x 9,81 x 215,9 x 20,45 = 44.568.738 Watts « 44.5 MW por conducto (calculado sin considerar la eficiencia de la turbina)

• Pérdidas de energía en descenso:

Asumiendo que el desplazamiento se ajusta a 1 hora: 2,5 km/h = 0,69 m/s. La energía de impulsión (tomando en cuenta nula diferencia de presión a través de la bomba/hélice; por simplicidad se excluyen igualmente las pérdidas por fricción con el perímetro del conducto) se produce fundamentalmente por el cambio de energía cinética a través de la hélice. La fuerza de impulsión: F = 1/2 p Area ( V _f ² - V ₀ ² ) = 0,5 x 1029 x p x (7,5) ² x (0,69) ² = 43.287 N Energía: W = F d = 43.287 ^c 2.500 = 108.217.119 ; / 3.600.000 = 30 kWh

Considerando 3 descensos al día en 20 circuitos, la pérdida total de energía:

WT = 30 x 20 x 3 = 1.800 kWh = 1 ,8 MWh

• Energía entregada:

E = W t = 44,5 x 6 h = 267 MWh ^c 20 (circuitos) ^c 3 (descensos diarios)

E = 16,04 GWh ^« 16 GWh\ la pérdida por energía de descenso es residual.

La potencia es producto de la presión (intensidad) por el caudal (cantidad y movimiento). La presión es resultado de la fuerza concentrada en un área, por lo tanto, la caracterización de la cápsula es alargada, en modo de distribuir el volumen verticalmente (para incidir la fuerza de sustentación en un espacio concentrado). La altura manométrica resultante, de 215 metros de columna de agua es propia de plantas hidroeléctricas donde prima la tecnología de impulso (turbinas tipo pelton) o híbridas de impulso y reacción (turbinas tipo francis, por sobre la de reacción), que se caracterizan por operar con una presión alta a la turbina y poco caudal, como corresponde a una orografía montañosa.

En este caso, sin embargo, el caudal es gigantesco por tratarse de una columna de agua de 2 kilómetros y medio, lo que equivale a operar una mega planta hidroeléctrica. Como comentado anteriormente, se trata esencialmente de una planta hidroeléctrica gravitacionalmente invertida bajo el mar, con la posibilidad de dimensionar todos los parámetros (altura manométrica, caudal y número de unidades) a una escala mayúscula.

El caso práctico tiene como objetivo ilustrar el potencial técnico para generar electricidad. Cabe recordar que la generación incluye el bombeo del dióxido de carbono líquido dentro de las cavidades ubicadas por debajo del manto subacuático. Para producir electricidad diaria a esos niveles habría de bombearse cantidades ingentes de bióxido de carbono.

Para concluir, el factor que limita la capacidad productiva de electricidad es el caudal diario de dióxido de carbono de que se pueda disponer para bombearlo bajo el mar o la capacidad misma del pozo o manto que aloje el dióxido de carbono. Por lo que, sin embargo, respecta al mecanismo de conversión energética, éste es replicable y escalable prácticamente en modo indefinido.

Una segunda realización de la invención se muestra en las figuras 13 a 19b, en la que el sistema 1b de generación de energía eléctrica se encuentra dispuesto en un medio subterráneo, como se detallará a continuación. Se han utilizado las mismas referencias numéricas para identificar aquellos elementos comunes del sistema

Del mismo modo, el sistema 1b puede comprender una o múltiples unidades generadoras de electricidad. Por motivos de claridad, en las figuras 13 a 19b se ha representado una sola unidad generadora de electricidad que comprende

- un conducto vertical 2 dispuesto soterrado bajo el nivel de la corteza terrestre T, de modo que contiene en su interior un volumen de aire a presión atmosférica al estar su extremo superior abierto a la atmósfera;

- una cápsula 3 alojada dentro del conducto vertical 2, configurada con capacidad para desplazarse con un movimiento alternativo entre una posición de elevación A y una posición de descenso B del conducto vertical 2, estando la cápsula 3 provista de una carcasa hueca estanca que alberga en su interior el depósito 4 (ver figura 14) para la carga del dióxido de carbono en estado semilíquido;

- unos medios de carga 5 configurados por una conducción de alimentación 13 provista de una válvula de carga 14 antirretorno situada sobre la parte superior del conducto vertical 2, y adaptada para acoplarse a una boca de carga 4a del depósito 4 cuando la cápsula 3 se encuentra en su posición de elevación A, de modo que el llenado del depósito 4 con la carga de dióxido de carbono procura un descenso controlado de la cápsula 3 hacia su posición de descenso B por efecto de la fuerza de gravedad;

- unos medios de descarga 6 configurados por una conducción de evacuación 15 provista de una válvula de descarga 16 antirretorno situada bajo la parte inferior del conducto vertical 2, y adaptada para acoplarse a una boca de salida 4b del depósito 4 cuando la cápsula 3 se encuentra en su posición de descenso B, de modo que el vaciado del depósito 4 procura un ascenso controlado de la cápsula 3 hacia su posición de elevación A por efecto de una fuerza de tracción mecánica capaz de contrarrestar la fuerza de gravedad; y

- unos medios de conversión energética 7 configurados por al menos un cabrestante 30 dispuesto por encima de la parte superior del conducto vertical 2, provisto de un tirante 31 enrollado al eje giratorio del cabrestante 30 y acoplado por su extremo libre a la parte superior de la carcasa de la cápsula 3 mediante un elemento de anclaje 32, de modo que el cabrestante 30 es capaz de recibir la fuerza de tracción del tirante 31 generada por el peso de la cápsula 3 llena con la carga de dióxido de carbono durante su movimiento descendente por efecto de la fuerza de gravedad, y estando un eje motriz del cabrestante 30 conectado mecánicamente a un generador de energía eléctrica 20, a través de un tren de engranajes 33 que actúa como un reductor de velocidad, para generar electricidad en cada movimiento de descenso de la cápsula 3.

Asimismo, el cabrestante 30 es capaz de operar con el motor del generador de energía eléctrica 20 girando en sentido inverso, con el propósito de ejercer una fuerza de tracción capaz de elevar la cápsula 3 vacía desde la posición de descenso B hasta la posición de elevación A. Por tanto, una vez se ha vaciado la cápsula 3, el motor del cabrestante 30 permite subir la cápsula 3, siendo para ello la energía consumida insignificante.

En la figura 19a se muestra esquemáticamente mediante una flecha la dirección de la fuerza de tracción sobre el tirante 31 del cabrestante 30 durante el descenso de la cápsula 3 llena con la carga de dióxido de carbono por efecto de la fuerza de gravedad para generar electricidad, mientras que en la figura 19b se ha representado la fuerza de tracción sobre el tirante 31 del cabrestante 30 durante el ascenso de la cápsula 3 vacía accionada por el motor del generador de energía eléctrica 20 para recuperar la energía potencial cedida.

Además, la cápsula 3 comprende unos rodamientos 34 (ver figuras 15 y 18) previstos para deslizar sobre unos railes 35 longitudinales complementarios dispuestos en la pared interior del conducto vertical 2 (ver figura 16), con el propósito de mantener la estabilidad de la cápsula 3 durante su movimiento alternativo a lo largo del conducto vertical 2.

Es importante destacar que en ambas realizaciones descritas (caso submarino y caso subterráneo), los sistemas 1a, 1b cumplen con la misma función, prescindir de una línea de transporte bajante para el transporte de dióxido de carbono para su confinamiento subterráneo, haciéndolo mediante cápsulas 3 itinerantes, lo que permite generar electricidad aprovechando la energía potencial que resulta de la distancia vertical entre el punto de descarga (válvula 16) y la superficie (nivel terrestre o nivel del mar).

Tal como se ha mencionado, el confinamiento del dióxido de carbono tiene lugar bajo un manto rocoso impermeable, típicamente a profundidades superiores a un kilómetro. La idea es vehicular el dióxido de carbono hasta la última válvula 9a (ver figura 8), ubicada al nivel superior del manto rocoso marino 11 o terrestre 12, en el estado semilíquido con que se transporta en ductos, pero haciéndolo mediante el llenado de diversas cápsulas 3 que descienden y ascienden coordinadamente.

A paridad de distancia de descenso, la energía primaria es también la misma en ambos casos, tratándose de energía potencial. Esta resulta:

E _p = Fuerza gravitacional X Distancia = (m · g) x h siendo: m, la masa; g, la aceleración producida por el campo gravitacional en la tierra ó g = 9.81 m/s ² , y h la distancia vertical.

Para el caso submarino de la primera realización, la fuerza viene dada por la flotación del aire o vacío al interior de la cápsula 3, que la hace emerger a través del medio circundante, más denso, desplazando la columna de agua arriba suyo. Por tanto, en lugar de m g h, la energía potencial se expresa como Dr V g h, donde Dr · V son respectivamente la diferencia de densidad entre el interior de la cápsula 3 (durante el proceso de conversión de energía, o ascenso de la cápsula 3) y la del medio circundante, agua, y el volumen del interior de la cápsula 3. La masa para el caso subterráneo de la segunda realización se expresa también como producto de la densidad del dióxido de carbono en estado supercrítico (aproximadamente el 70% la del agua) multiplicado por el volumen del interior de la cápsula 3: p _¥ 2 · V g h. La energía potencial se convierte a su vez en trabajo útil sobre el medio de conversión energética, siendo lo único que cambia entre los sistemas de ambas realizaciones.

Si bien son dos mecanismos diferenciados, en el caso subterráneo la fuerza gravitacional actuando en sentido invertido al del terrestre, en ambos casos la energía es producto de la relación p V g h.

La energía extraída a paridad de distancia vertical es similar pues la diferencia de densidades puede aproximadamente compensarse con la diferencia de eficiencia entre un medio y otro de conversión energética (turbina hidráulica versus cabrestante).

En conclusión, ambos sistemas 1a, 1b cumplen la misma función y generan (mediante mecanismos diferentes) y a partir de la misma fuente primaria de energía (energía potencial) una cantidad equivalente de energía eléctrica. Puede entenderse igualmente como mismo concepto y función, pero actuando en medios diferentes (submarino y subterráneo).

Además, el hecho de que el conducto vertical 2 está sumergido (caso submarino) o soterrado (caso subterráneo), permite al sistema operar en condiciones controladas y continuamente, sin que la meteorología suponga un condicionante y sin generar asimismo disrupción sobre el entorno.