Sistema para el acondicionamiento de la potencia eléctrica generada en un sistema de generación undimotriz.

Sistema para el acondicionamiento de la potencia eléctrica generada en un sistema de generación undimotriz. La invención utiliza una pluralidad de sistemas de almacenamiento cinético de energía, cada uno de ellos compuesto por uno o varios convertidores electrónicos de potencia

(6) y por una máquina eléctrica rotativa (5) acoplada a un volante de inercia (4), para acondicionar la potencia generada por un sistema de generación undimotriz (1), de forma que el rizado de la potencia inyectada a la red (2), o a una o varias cargas aisladas, sea menor que el de la potencia generada originalmente. Los convertidores electrónicos de potencia (6) se controlan mediante una unidad de control (7), que también recibe información del resto de dispositivos.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201530980.

Solicitante: CENTRO DE INVESTIGACIONES ENERGETICAS, MEDIOAMBIENTALES Y TECNOLOGICAS (CIEMAT).

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: GARCIA-TABARES RODRIGUEZ,LUIS, LAFOZ PASTOR,MARCOS, BLANCO AGUADO,Marcos, NAVARRO SORIANO,Gustavo, MORENO-TORRES CONCHA,Pablo.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION H — ELECTRICIDAD > PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA... > CIRCUITOS O SISTEMAS PARA LA ALIMENTACION O DISTRIBUCION... > Circuitos para redes principales o de distribución,... > H02J3/24 (Disposiciones para evitar o reducir las oscilaciones de potencia en las redes (por control efectuado en un solo generador H02P 9/00))
  • SECCION G — FISICA > CONTROL; REGULACION > SISTEMAS DE REGULACION DE VARIABLES ELECTRICAS O... > Sistemas automáticos en los que las desviaciones... > G05F1/66 (Regulación de la potencia eléctrica)
  • SECCION F — MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION;... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO,... > MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS (máquinas o motores... > Adaptaciones de las máquinas o de los motores para... > F03B13/14 (Utilización de la energía de las olas)
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Sistema para el acondicionamiento de la potencia eléctrica generada en un sistema de generación undimotriz.

Fragmento de la descripción:

SECTOR TECNICO

La invención se encuadra en el sector técnico de la generación de energía eléctrica a partir del oleaje (energía undimotriz) , más concretamente en el acondicionamiento de la potencia generada.

ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN Son muchas las publicaciones que hablan de la posibilidad de utilizar sistemas de almacenamiento de energía para acondicionar la potencia eléctrica inyectada a red por sistemas de generación a partir de energías renovables. Por ejemplo, (Beaudin 2010)

analiza el problema en profundidad (ventajas del uso de almacenamiento en generación con renovables) para el caso de eólica y fotovoltaica pero sin incluir undimotriz (energía generada a partir del oleaje) , y realiza un análisis exhaustivo de las distintas tecnologías de almacenamiento de energía candidatas para este tipo de aplicaciones. (Zhou 2013) se centra en el caso particular de las energías marinas, si bien es específico para energía mareomotriz (energía generada a partir de las mareas) , y de nuevo compara los distintos sistemas de almacenamiento de energía (SAE) susceptibles de ser empleados para el acondicionamiento de la potencia generada.

Más concretamente, existen también numerosas publicaciones y patentes que tratan el tema del acondicionamiento de potencia de forma específica para energía undimotriz. Sin embargo, llegados a este punto es importante realizar una distinción entre tres aspectos tecnológicos diferenciadores: en qué consiste dicho acondicionamiento de potencia, en qué tipo de dispositivo se aplica y con qué método se lleva a cabo.

En primer lugar, el término acondicionamiento de potencia es un concepto relativamente amplio que engloba varios métodos para mejorar la calidad de la potencia eléctrica en un sistema dado. En el caso propuesto en la presente invención, dicho acondicionamiento consiste en un alisado o compensación de la potencia activa 35 instantánea generada por el sistema undimotriz; esto es, en la compensación de las oscilaciones temporales de potencia activa inherentes a la mayoría de tecnologías de generación undimotriz.

En segundo lugar, el procedimiento propuesto en la presente invención es aplicable a cualquier dispositivo de generación de energía a partir del oleaje o generador de energía undimotriz (GEU) . En el caso más genérico, un generador de energía undimotriz está compuesto por tres subsistemas principales: el captador undimotriz, el sistema de transmisión de potencia, y el generador eléctrico (López 2013) . En el primero, la energía undimotriz se convierte en energía mecánica de cualquier tipo (cinética, potencial, etc.) , mientras que en el último la energía cinética se convierte en energía eléctrica en el generador eléctrico; es en el segundo en el que la energía mecánica generada por el captador undimotriz es convertida en la energía cinética que requiere el generador eléctrico. En este sentido, la presente invención es aplicable a cualquier generador de energía undimotriz, independientemente del tipo de captador

undimotriz, del tipo de sistema de transmisión de potencia y del tipo de generador eléctrico que lo compongan.

En tercer y último lugar, existen numerosos métodos para el alisado de la potencia eléctrica generada por un generador de energía undimotriz. El sistema propuesto en la 20 presente invención consiste en la utilización de un sistema de almacenamiento cinético de energía (SACE) , que es un tipo de sistema de almacenamiento de energía que almacena energía mediante un volante de inercia que gira a una cierta velocidad , y cuyo giro es controlado de forma activa mediante una máquina eléctrica rotativa (siendo este giro independiente del giro de cualquier otro elemento del sistema junto 25 con el que se utiliza) . Es importante distinguir el sistema de almacenamiento cinético de energía que aquí se plantea de un simple volante de inercia, que no es más que un elemento completamente pasivo, que únicamente aporta una inercia adicional en un eje rotatorio de un determinado sistema para que éste sea menos sensible a variaciones de velocidad . La diferencia entre un sistema de almacenamiento cinético 30 de energía y un simple volante de inercia puede parecer sutil, ya que en ambos casos la energía se almacena en forma de energía cinética en una inercia giratoria, que es la que se denomina volante de inercia propiamente dicho. Sin embargo, mientras que en un sistema de almacenamiento cinético de energía se transfiere energía de forma controlada entre un sistema dado y el volante -independientemente de sus 35 velocidades -en un volante de inercia simple lo único que se hace es añadir inercia a un eje para amortiguar las oscilaciones de velocidad en dicho eje, siendo la velocidad del volante siempre igual -o a lo sumo proporcional -a la de dicho eje. Es decir, la principal diferencia conceptual entre un sistema de almacenamiento cinético de energía y un volante de inercia es que el primero es un sistema activo mientras que el segundo es un sistema pasivo. Esta diferencia implica a su vez una diferencia constructiva muy importante: mientras que el volante de inercia sólo consta del volante de inercia propiamente dicho, el sistema de almacenamiento cinético de energía esta compuesto por al menos un convertidor electrónico, una maquina eléctrica rotativa (motor/generador) y un volante de inercia. En la literatura cientifica, muchos autores proponen el uso de volantes de inercia para reducir las oscilaciones de potencia en sistemas undimotrices, por ejemplo en los documentos de patente GS2467011-A, CN104088756-A, ES8502190-A 1, US20120031207-A1 , US4228360-A, RU2227844C2 y CN102619669-A . Es importante destacar que todas estas publicaciones hacen referencia al uso de un volante de inercia, que de hecho es un elemento muy común en generadores de energía undimotriz, y que suelen mencionar explícitamente que dicho volante sirve para almacenar energía, lo cual no significa que estén refiriéndose a un sistema de almacenamiento cinético de energía, que es lo que se propone en la presente invención. No se conoce ningún sistema, procedimiento o publicación que proponga la utilización de un sistema de almacenamiento cinético de energía para el alisado de la potencia eléctrica generada por un generador de energía undimotriz.

Las primeras publicaciones que hablan de cómo el almacenamiento de energía puede reducir las oscilaciones de potencia en sistemas undimotrices son, salvo error, (Sarnes 2004) , (Srooking 2005) y (Muthukumar 2005) , en las que se plantea el tema desde un punto de vista teórico y preliminar. En la primera publicación se menciona la posibilidad de usar un volante de inercia (que no un sistema de almacenamiento cinético de energía) en cada generador de energía undimotriz, pero luego se propone el uso de un DSTATCOM (cuyo almacenamiento de energía se realiza en condensadores convencionales) . La misma propuesta es analizada en la segunda publicación, en la que también se menciona la posibilidad de usar otras formas de almacenamiento tales como baterías. Finalmente, la tercera publicación aborda el problema desde un punto de vista genérico, sin desarrollar soluciones concretas (si bien menciona muchas posibilidades) .

En publicaciones más recientes hay artículos sobre varios sistemas de almacenamiento de energ ía aplicados al alisado de la potencia generada por un generador de energía undimotriz, concretamente: baterías (Feng 2013, Huiming 2013, Wu 2009) , supercondensadores (Hazra 2012, Kovaltchouk 2014, Martínez 2012, Sjolte 2012) , imanes superconductores (Tedeschi 2013) , aire comprimido (Agamloh 2012) , e incluso almacenamiento híbrido combinando dos de los anteriores (Huiming 2013, Zanxiang 2011 , Zanxiang 2013) .

Otras publicaciones son menos específicas...

 


Reivindicaciones:

1. Sistema para el acondicionamiento de la potencia eléctrica generada en un sistema de generación undimotriz (1) , donde dicha potencia eléctrica es inyectada a la red eléctrica (2) o consumida en una carga y donde el sistema de generación undimotriz

(1) comprende al menos un generador de energia undimotriz (1 ') , caracterizado por

que el sistema comprende: al menos un sistema de almacenamiento cinético de energía (3) , cada uno a su vez comprendiendo:

• al menos un volante de inercia (4) ;

• al menos una máquina eléctrica rotativa (5) acoplada a al menos un volante de inercia (4) ;

• al menos un convertidor electrónico de potencia (6) que alimentan a la al menos una máquina eléctrica rotativa (5) para el control de la potencia instantánea intercambiada entre la máquina eléctrica rotativa

(5) y el al menos un volante de inercia (4) con la carga o red eléctrica (2) ;

al menos una unidad de control (7) encargada de gestionar la potencia instantánea (13) intercambiada por el al menos un sistema de almacenamiento cinético de energía (3) con el sistema de generación undimotriz (1) Y la carga o red eléctrica (2) mediante el control del al menos un convertidor electrónico de potencia (6) , para que el al menos un sistema de almacenamiento cinético de energía (3) absorba energía durante los picos de potencia instantánea (10) generada por el sistema de generación undimotriz (1) y ceda energía durante los valles de potencia instantánea (10) generada por el sistema de generación undimotriz (1) .

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que el al menos un sistema de almacenamiento cinético de energía (3) está ubicado en tierra.

3. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado por que el al menos un sistema de almacenamiento cinético de energía (3) está embarcado en cada generador de energía undimotriz (1') o en al menos una instalación marina o submarina intermedia.

4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la al menos una unidad de control (7) dispone de medios de medición de la potencia instantánea (10) generada por el sistema de generación undimotriz (1) y de medios de medición de la tensión en la carga o red (18) para la obtención de al menos una señal de consigna (19) que envía al menos un convertidor electrónico de potencia (6) .