Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal.

Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal que comprende un conjunto de unidades generadoras (1) extraíbles y unidades de empuje o flotadores (2),

soportados por una estructura principal con forma de polígono, complementados por una estructura de estabilización con celosías (20, 21) o tirantes (22), en cuyo centro puede situarse un domo central 7. El dispositivo está sujeto al fondo por medio de cables de fondeo (10), cuya longitud es regulable por medio de chigres (9). Las unidades de empuje (2) disponen de tanques de lastrado, que al ser llenados o vaciados, cambian el empuje y la orientación del dispositivo. Gracias a la acción combinada de lastres y chigres, cuando cambia la marea el dispositivo gira y se orienta de forma autónoma, trabajando siempre los rotores con la orientación y profundidad óptima en función de la corriente.

Campo de la invención

La presente invención se engloba dentro del campo de las energías renovables marinas, y más concretamente se refiere a un dispositivo de segunda generación, para el aprovechamiento de la energía de las corrientes marinas, tanto inerciales como mareales.

Antecedentes de la invención

En la actualidad, existe un marcado interés en el aprovechamiento de las energías renovables marinas. Entre ellas, el aprovechamiento de la energía de las corrientes producidas por la circulación general del agua de los océanos y por las mareas, puede contribuir de forma significativa al "mix energético y ayudar a cumplir los objetivos energéticos ligados al cambio climático. A nivel mundial, se estima que la energía extraíble de las corrientes marinas es del orden de 800 TWh/año.

En la actualidad existen múltiples diseños y prototipos de generadores para obtener energía de las corrientes. De modo global se consideran como de primera generación los apoyados en el fondo marino (limitados a profundidades de unos 40 m), de segunda generación (ideales para profundidades mayores, que es dónde se encuentran las mejores localizaciones) los flotantes o sumergidos que se unen al fondo a través de un sistema de fondeo específico y de tercera generación, los diseñados para campos marginales en los que la velocidad de la corriente es muy baja.

Entre los dispositivos de segunda generación hay diseños con un solo generador y rotor, o con varios, destacándose los desarrollos de Oceanflow (Evopod), Hydratidal (Morild), Tidalstream (Triton) y Soermar-UPM (GESMEY). Un elemento clave de estos dispositivos son las unidades generadoras, compuestas por un rotor y el conjunto electromecánico de conversión de energía (PTO) que, cuando son de potencia reducida (entre 30 y 300 kW), pueden ser utilizados como unidades modulares, lo que permite su mantenimiento por sustitución. Entre los desarrollos de estas unidades, destacan las de las compañías Tocardo, Schotell y Verdant Power.

Dentro de las patentes relacionadas con los dispositivos de segunda generación, se pueden

destacar las tres obtenidas por el grupo de I+D GITERM de la UPM, que presenta esta nueva patente: ES 2284411 B2, ES 2341311 B2 y ES 2367616 B2, con distintas variantes de un dispositivo mono-generador y, por otro lado, las de dispositivos flotantes o sumergidos multi-rotor como las GB2471874A, GB2450962A, WO2012175955A1 y WO2013066897A2. En estas últimas, los generadores están soportados por estructuras que hacen complicado el proceso de mantenimiento a flote, dado que no están diseñadas para amortiguar los movimientos inducidos por el oleaje y presentan problemas para el funcionamiento con corrientes que cambian de sentido como las producidas por las mareas.

Por todo ello, se ha detectado el interés de diseñar un dispositivo de segunda generación de tipo multi-rotor que: optimice el peso de la estructura, se adapte al sentido de las corrientes y facilite las operaciones de traslado y mantenimiento, reduciendo todo lo posible sus costes de capital, operación y mantenimiento, a lo largo de su ciclo de vida.

Este objetivo se consigue por medio de la invención tal y como está definida en la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se definen realizaciones preferidas de la invención.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal que comprende una pluralidad de unidades generadoras modulares extraíbles y una pluralidad de unidades de empuje o flotadores en número similar al de las unidades generadoras.

El dispositivo objeto de la invención tiene la particularidad de que las unidades generadoras y las unidades de empuje se sitúan según una disposición poligonal, en los lados y/o vértices de dicha disposición poligonal, estando alternadas entre sí cada unidad generadora con cada unidad de empuje para disminuir los esfuerzos en las estructuras. Adicionalmente, el dispositivo se caracteriza porque se disponen para la conexión de las unidades generadoras y las unidades de empuje primeros elementos de conexión principales y elementos de conexión complementarios y para la conexión de al menos las unidades de empuje con el centro del polígono, segundos elementos de conexión principales, todos ellos configurados para dotar de rigidez a la estructura poligonal resultante, de forma que el dispositivo podrá trabajar sumergido en posición vertical para obtener energía o flotar en la superficie del agua para su traslado y para la realización de operaciones de mantenimiento a

flote. Por tanto, el dispositivo trabaja, normalmente, totalmente sumergido en operación y puede flotar durante las operaciones de mantenimiento y transporte.

De esta manera, al estar las unidades generadoras y las unidades de empuje soportadas por estructuras simples, se consigue facilitar el proceso se mantenimiento a flote, dado que dichas estructuras simples han sido diseñadas para ayudar a amortiguar los movimientos inducidos por el oleaje en las citadas unidades y funcionan de forma correcta aun cuando se producen los cambios de corriente que cambian de sentido como los producidos por las mareas. Por consiguiente, el dispositivo es apto para el aprovechamiento de la energía de las corrientes marinas de cualquier tipo, en zonas de media y alta profundidad.

Por consiguiente, el conjunto (unidades y elementos de conexión) de esta invención está diseñado para reducir los costes del ciclo de vida de un parque de generadores marinos, facilitando la fabricación en serie de elementos de peso y tamaño razonables, su transporte y montaje, permitiendo el uso de medios de transporte y mantenimiento marítimos de coste reducido y aumentando la disponibilidad y factor de utilización del conjunto.

En un primer aspecto de la invención, las unidades de empuje se podrán disponer en los vértices del polígono y las unidades generadoras se dispondrán de forma equidistante entre dos unidades de empuje consecutivas en el punto medio del lado correspondiente del polígono. Del mismo modo, y de forma alternativa, las unidades generadoras se podrán disponer en los vértices del polígono y las unidades de empuje se dispondrán de forma equidistante entre dos unidades generadoras consecutivas en el punto medio del lado correspondiente del polígono. Ambas disposiciones son válidas para el objeto de la presente invención.

En otro aspecto de la invención, se podrá disponer un domo central, situado en el centro geométrico del polígono, el cual estará conectado a las unidades de empuje y/o a las unidades generadoras por medio de los segundos elementos de conexión principales, disponiéndose en el interior del domo central equipos complementarios, entre los cuales se incluyen de forma preferente, los equipos de control de fondeo, lastrado, convertidores electrónicos, aparamenta y sistemas diversos. Adicionalmente, en el domo central y/o en algunas de las unidades de empuje y/o unidades generadoras situadas en distintos puntos del polígono, se podrán disponer correspondientes chigres, cuyos cables de fondeo fijan el dispositivo al fondo marino. La función principal de los citados cables de fondeo y chigres no

es más que la de poder variar a voluntad la profundidad de inmersión del conjunto estructural del dispositivo en colaboración con las unidades de empuje.

En otro aspecto de la invención, se podrá hacer, de forma alternativa, que cada una de las unidades generadoras se conecte con respectivos cables de longitud fija a una boya sumergida giratoria, que a su vez esté fijada al fondo marino con un sistema de fondeo, adaptándose dicha boya sumergida giratoria de forma automática a la dirección de la corriente. Es decir, la boya giratoria es la que realiza el giro del conjunto estructural del dispositivo en el eventual caso de que sea necesario dicho giro, o bien por labores de mantenimiento o transporte, o por cambios en el sentido de la corriente de agua. En principio, como boya puede utilizarse la de la patente ES 2367616 B2, del mismo solicitante.

En lo referente a las unidades generadoras, cada una de ellas podrá disponer de un rotor con varias palas y de un cuerpo estanco que incluye los elementos de conversión de energía hidrocinética en mecánica. Además, cada una de dichas unidades generadoras son unidades extraíbles situadas en la periferia de la estructura poligonal del dispositivo, y están configuradas para efectuar su mantenimiento a flote o ser sustituidas por otras mediante una grúa asociada a una embarcación.

Por tanto cada unidad generadora es modular y extraíble y se denominarán de forma genérica UGEX. Cada unidad generadora, además,...

1. Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal, que comprende una pluralidad de unidades generadoras (1) modulares extraíbles y una pluralidad de unidades de empuje (2) con capacidad de flotación y lastrado, caracterizado por que las unidades generadoras (1) y de empuje (2) van soportadas por una estructura tridimensional, compuesta por armaduras planas en celosía, que delimitan un contorno poligonal en cuyos lados y vértices van dispuestas las unidades generadoras y las unidades de empuje, en posiciones alternadas y distanciadas entre sí; cuyas unidades de empuje tienen capacidad de flotación y lastrado suficiente para provocar el giro de la estructura tridimensional alrededor de un eje horizontal, mediante variación en el lastrado de las unidades de empuje situadas a uno y otro lado de dicho eje horizontal.

2. Dispositivo según reivindicación 1a caracterizado por que las unidades de empuje (2) se disponen en los vértices (4) del contorno poligonal y las unidades generadoras (1) se disponen en un punto intermedio de los lados del contorno poligonal.

3. Dispositivo según reivindicación 1a caracterizado por que las unidades generadoras (1) se disponen en los vértices (4) del contorno poligonal y las unidades e empuje (2) se disponen en un punto intermedio de los lados del contorno.

4. Dispositivo según reivindicación 1a caracterizado por que comprende un domo central (7), situado en el centro geométrico del contorno poligonal, cuyo domo está conectado a las unidades de empuje (2) y/o a las unidades generadoras (1) por medio de estructuras planas en celosía.

5. Dispositivo según reivindicaciones 1a y 4a caracterizado por que el domo central (7) y al menos parte de las unidades de empuje (2) y/o unidades generadoras (1) son portadoras de chigres (9), cuyos cables de fondeo (10) fijan el dispositivo al fondo marino.

6. Dispositivo según reivindicación 1a y 4a caracterizado por que al menos parte de las unidades generadoras (1) y/o unidades de empuje (2) se conectan con respectivos cables (11) a una boya sumergida giratoria (12) que, a su vez, está fijada al fondo marino con un sistema de fondeo.

7. Dispositivo según reivindicación 1a caracterizado por que la estructura tridimensional es de contorno hexagonal.

8. Dispositivo según reivindicación 1a caracterizado por que la estructura tridimensional es de contorno cuadrado.