Elemento de captación de energía undimotriz.

Unidad de captación de oleaje que comprende un elemento (100) de captación del tipo pivote frontal para la captación de energía undimotriz a partir de una masa de agua, en la que el elemento

(100) de captación tiene • un extremo (101) frontal que comprende un eje (1) de pivote frontal alrededor del cual se mueve, de manera oscilante, el elemento (100) de captación durante el funcionamiento, y

• un cuerpo (103) del elemento de captación definido sustancialmente por un lado (4) frontal que se extiende desde el extremo (101) frontal a un borde (2) posterior inferior, un lado (5) posterior que se extiende desde un borde (3) posterior superior al borde (2) posterior inferior, un lado (6) superior que se extiende desde el extremo (101) frontal al borde (3) posterior superior, y paredes (7, 8) laterales que definen la anchura Fw del cuerpo (103) de captación en una dirección axial paralela al eje (1) de pivote frontal, en la que el borde (2) posterior inferior está posicionado en una primera dirección (11) radial a una primera distancia del eje (1) de pivote, y el borde (3) posterior superior está ubicado en una segunda dirección (12) radial a una segunda distancia del eje (1) de pivote, en el que las direcciones (11, 12) radiales primera y segunda definen un ángulo (alfa) de punta agudo del elemento (100) de captación, en la que la primera distancia define la longitud Fl del elemento de captación, y la distancia del borde (3) posterior superior desde la primera dirección (11) radial define la altura Fh del elemento de captación, en la que el elemento (100) de captación tiene un perfil de sección transversal según se ve en un plano de corte perpendicular al eje (1) de pivote frontal, en el que dicho perfil de elemento de captación encierra un perfil del cuerpo (103) del elemento de captación y el eje (1) de pivote frontal,

en la que la unidad de captación comprende además

• un bastidor que soporta, de manera pivotante, el elemento (100) de captación desde el eje (1) de pivote frontal, en el que en una posición en estado inactivo el eje (1) de pivote frontal está situado a una altura Fa predetermina del eje de pivote frontal por encima del agua en calma, y el elemento (1) de captación está parcialmente sumergido con un calado Fd en estado inactivo,

caracterizado por que el perfil del elemento de captación incluye una parte cóncava en el lado (4) frontal según se ve en una dirección desde el extremo (101) frontal al extremo (102) posterior que se abomba hacia dentro y alejándose de la primera dirección para formar una superficie de presión generalmente cóncava para capturar las ondas entrantes.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E11173843.

Solicitante: FLOATING POWER PLANT A/S.

Nacionalidad solicitante: Dinamarca.

Dirección: Vermundsgade 40A 3 2100 Copenhagen DINAMARCA.

Inventor/es: KØHLER,ANDERS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • 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... > F03B13/18 (estando el otro elemento fijo, al menos por un punto, al fondo o al borde del mar)

PDF original: ES-2458217_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Elemento de captación de energía undimotriz

La invención se refiere a una unidad de captación que comprende un elemento de captación de oleaje del tipo pivote frontal para la captación de energía undimotriz a partir de una masa de agua.

En un aspecto adicional, la invención se refiere a un procedimiento de provisión de una unidad de captación que comprende un elemento de captación de oleaje del tipo pivote frontal para la captación de energía undimotriz a partir de una masa de agua, en el que el procedimiento comprende configurar el elemento de captación para su funcionamiento en un clima marítimo en un sitio de despliegue determinado.

En las últimas décadas, se ha dirigido una mayor atención al aprovechamiento de las fuentes de energías renovables.

La energía undimotriz es un recurso de energía renovable que, por una parte, puede ser creado por grandes tormentas a cientos de kilómetros de la costa que generan y transmiten enormes cantidades de energía que viaja grandes distancias mediante el oleaje y, por otra parte, puede ser creado por influencias locales, tales como los mares local generados por vientos locales. La energía undimotriz es una fuente de energía genuinamente renovable y diferente de la energía mareomotriz. Las plantas de energía undimotriz pueden ser configuradas para aprovechar la energía undimotriz resultante tanto de un oleaje generado de manera remota como de mares locales.

La energía undimotriz como fuente de energía renovable tiene una serie de ventajas. Una ventaja es la alta densidad de potencia de la energía undimotriz, que sugiere que tiene la capacidad de convertirse en la fuente de energía renovable de costo más bajo. Una ventaja adicional es la previsibilidad de la energía undimotriz: a diferencia de las energías solar y eólica, los niveles de energía undimotriz pueden ser predichos con una antelación de muchos días, lo que facilita la integración de la energía undimotriz con las fuentes de alimentación nacionales.

Sin embargo, aunque predecibles, típicamente, las olas que transportan esa energía son muy irregulares, de manera que el clima marítimo en una ubicación determinada, observado durante un cierto período de tiempo, por ejemplo, durante un año, comprende una distribución estadística de longitudes, alturas y direcciones del oleaje. Dependiendo de las condiciones locales de un sitio de despliegue de una planta de energía undimotriz, las olas observadas pueden ser el resultado de una superposición de una serie de fuentes diferentes. Los campos de olas resultantes pueden variar desde frentes de ola esencialmente paralelos, procedentes de una dirección bien definida (denominadas olas 2D) , a altamente complejos, con numerosos componentes direccionales diferentes (denominadas olas 3D) .

Además, los entornos marinos son entornos particularmente agresivos, en los que la necesidad de mantenimiento y reparación frecuentes puede afectar gravemente al tiempo de funcionamiento operacional de la planta de energía undimotriz para la producción de energía.

Por lo tanto, un importante desafío de la explotación de la energía undimotriz es la maximización de la producción de energía generada durante el año, incluyendo el aumento de la eficiencia de la captación de energía, la captación de energía bajo diversas condiciones de oleaje, la maximización de la producción durante el tiempo de funcionamiento de una planta de energía undimotriz y la producción de energía útil a una nivel de costo competitivo.

Una planta de energía undimotriz que hace uso de un elemento de captación de tipo pivote frontal se describe en el documento DK 174 463 B1, en el que una pluralidad de elementos de captación de pivote frontal están fijados, de manera pivotante, a una plataforma sumergida para realizar un movimiento oscilante alrededor de un eje de pivote horizontal dispuesto en la parte frontal del elemento de captación. Durante el funcionamiento, las olas entrantes viajan desde el extremo frontal hacia un extremo posterior del elemento de captación, interactuando con el mismo para captar tanto la energía cinética como la energía potencial a partir del oleaje. El movimiento resultante del elemento de captación con respecto al bastidor de la plataforma es aprovechado por un sistema de captación de energía hidráulica. El elemento de captación descrito comprende un cuerpo flotante con una parte superior cerrada y una parte inferior abierta y puede estar dividido además en celdas con paredes perforadas que actúan como una resistencia al flujo para el agua que fluye dentro y fuera del cuerpo flotante para mejorar las propiedades de seguimiento del oleaje del elemento de captación. Sin embargo, no se dan indicaciones adicionales acerca de cómo proporcionar y configurar un elemento de captación que sea eficaz sobre un amplio espectro de ondas, tal como se requiere para aplicaciones prácticas.

El documento WO 2004/097212 A1 se refiere a una instalación de producción para la utilización de energía undimotriz, en el que las unidades de producción para la conversión de energía undimotriz en energía eléctrica 2 10

están totalmente sumergidas bajo la superficie del agua.

El documento WO 2008/111849 A1 se refiere a una planta de energía undimotriz que absorbe energía undimotriz a partir de una masa de agua por medio de elementos inclinados articulados verticalmente o elementos giratorios articulados en su parte inferior, en la que la articulación está posicionada por debajo de la superficie del fluido en el canal de las olas pasantes. El documento US 4 332 506 A se refiere a un aparato de bombeo, que trabaja con oleaje o mareas, que transporta grandes volúmenes de agua desde las aguas costeras para conectar zonas interiores - ríos o zonas de bahía.

El documento DE 28 12 495 A1 se refiere a un procedimiento de aprovechamiento de la energía undimotriz por medio del movimiento de un elemento flotante articulado con respecto a un bastidor flotante. El elemento flotante es colocado en una cámara cerrada, en el que el movimiento es impulsado por el agua que fluye dentro y fuera de la cámara. El documento FR 2 473 120 A1 se refiere a un elemento de captación de tipo de compuerta, en el que una aleta rectangular está dispuesta transversalmente en un canal con el fin de bloquear la sección transversal rectangular del canal. Tras interactuar con las olas que entran en el canal, la aleta realiza un movimiento articulado alrededor del eje de pivote. El eje de pivote puede ser colocado en la parte superior, en la parte inferior o hacia los lados. El documento US 918 870 A se refiere a un motor de olas con un elemento de captación de oleaje articulado en cojinetes situados en el lecho de un río o un océano en el que se dispone el motor de olas. El borde libre del elemento de captación es presentado a la ola, en el que una superficie de impacto del elemento de captación, presentada hacia las olas entrantes, es convexa.

Por lo tanto, un objeto de la presente invención es proporcionar un elemento de captación del tipo pivote frontal, en el que el elemento de captación permite la captación eficiente de la energía undimotriz en oleaje irregular, y bajo condiciones de oleaje variables.

Según un aspecto, el objeto se consigue mediante un elemento de captación según la reivindicación 1. En un aspecto adicional, el objeto se consigue mediante un procedimiento que proporciona un elemento de captación según la reivindicación 10.

Según un aspecto, el objeto se consigue mediante un elemento de captación de oleaje de tipo pivote frontal para la captación de energía undimotriz a partir de una masa de agua, en el que el elemento de captación tiene un extremo frontal que comprende un eje de pivote frontal alrededor... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Unidad de captación de oleaje que comprende un elemento (100) de captación del tipo pivote frontal para la captación de energía undimotriz a partir de una masa de agua, en la que el elemento (100) de captación tiene ! un extremo (101) frontal que comprende un eje (1) de pivote frontal alrededor del cual se mueve, de 5 manera oscilante, el elemento (100) de captación durante el funcionamiento, y

! un cuerpo (103) del elemento de captación definido sustancialmente por un lado (4) frontal que se extiende desde el extremo (101) frontal a un borde (2) posterior inferior, un lado (5) posterior que se extiende desde un borde (3) posterior superior al borde (2) posterior inferior, un lado (6) superior que se extiende desde el extremo (101) frontal al borde (3) posterior superior, y paredes (7, 8) laterales que definen la anchura Fw del cuerpo (103) de captación en una dirección axial paralela al eje (1) de pivote frontal, en la que el borde (2) posterior inferior está posicionado en una primera dirección (11) radial a una primera distancia del eje (1) de pivote, y el borde (3) posterior superior está ubicado en una segunda dirección (12) radial a una segunda distancia del eje (1) de pivote, en el que las direcciones (11, 12) radiales primera y segunda definen un ángulo (alfa) de punta agudo del elemento (100) de captación, en la que la primera distancia define la longitud Fl del elemento de captación, y la distancia del borde (3) posterior superior desde la primera dirección (11) radial define la altura Fh del elemento de captación, en la que el elemento (100) de captación tiene un perfil de sección transversal según se ve en un plano de corte perpendicular al eje (1) de pivote frontal, en el que dicho perfil de elemento de captación encierra un perfil del cuerpo (103) del elemento de captación y el eje (1) de pivote frontal,

en la que la unidad de captación comprende además ! un bastidor que soporta, de manera pivotante, el elemento (100) de captación desde el eje (1) de pivote frontal, en el que en una posición en estado inactivo el eje (1) de pivote frontal está situado a una altura Fa predetermina del eje de pivote frontal por encima del agua en calma, y el elemento (1) de captación está parcialmente sumergido con un calado Fd en estado inactivo,

caracterizado por que el perfil del elemento de captación incluye una parte cóncava en el lado (4) frontal según se ve en una dirección desde el extremo (101) frontal al extremo (102) posterior que se abomba hacia dentro y alejándose de la primera dirección para formar una superficie de presión generalmente cóncava para capturar las ondas entrantes.

2. Unidad de captación según la reivindicación 1, en la que el área de sección transversal del perfil del elemento de captación es menor en comparación con el área delimitada por una envolvente convexa al perfil del elemento de captación, en el que la diferencia en área es de al menos el 10%, de manera alternativa al menos el 20%, de manera alternativa al menos el 30%, en la que dicha diferencia se atribuye a que el lado frontal del perfil del elemento de captación se desvía de la envolvente convexa.

3. Unidad de captación según la reivindicación 1 o 2, en la que la parte cóncava en el lado (4) frontal del perfil 35 comprende al menos dos sub-partes (13, 14) cóncavas contiguas separadas por una cresta (15) .

4. Unidad de captación según la reivindicación 3, en la que una o más, preferiblemente todas, las sub-partes (13, 14) cóncavas siguen arcos esencialmente circulares.

5. Unidad de captación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la parte (5) lateral posterior del perfil sigue un arco circular alrededor del eje (1) de pivote frontal.

6. Unidad de captación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la longitud FI del elemento de captación está comprendida en el intervalo 5-50 m, de manera alternativa, en el intervalo 10-40 m.

7. Unidad de captación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la altura Fh mínima del elemento de captación es de 2 m, de manera alternativa, 3 m o, de manera alternativa, 4 m, y en la que la altura Fh máxima del elemento de captación es de 30 m, de manera alternativa, 20 m o, de manera alternativa, 10 m.

8. Unidad de captación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el ángulo de la punta (alfa) está comprendido entre 10-70 grados, de manera alternativa, entr.

2. 60 grados, preferiblemente, entr.

2. 50 grados.

9. Unidad de captación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el elemento (100) de captación comprende uno o más espacios huecos interiores para lastrar el elemento (100) de captación.

10. Procedimiento de provisión de una unidad de captación según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en el que el procedimiento comprende configurar el elemento (100) de captación para su funcionamiento en un clima marítimo en un sitio de despliegue determinado, en el que la configuración comprende las etapas de

! obtener datos estadísticos de oleaje que describen el clima marítimo de la zona de despliegue,

! derivar, a partir de los datos estadísticos de oleaje, uno o más parámetros característicos que son representativos del clima marítimo, en el que los parámetros característicos comprenden una altura H de ola característica y/o un periodo T de ola característico, y

! dimensionar el elemento (100) de captación según el uno o más parámetros característicos, en el que un calado Fd en estado inactivo del elemento (100) de captación está dimensionado de manera que sea más 10 grande que la altura H de ola característica, en el que dicho calado Fd en estado inactivo se define bajo condiciones de agua en calma como la profundidad de inmersión del borde posterior inferior por debajo del nivel de agua en calma cuando el elemento (100) de captación está suspendido, de manera pivotante, desde el eje frontal (1) a una altura Fa predeterminada del eje por encima de dicho nivel S de agua en calma, y/o la longitud Fl del elemento (100) de captación se elige de manera que sea más pequeña que una longitud de onda característica correspondiente al período T de ola característico.

11. Procedimiento según la reivindicación 10, que comprende además la etapa de optimizar la productividad de la conversión de la energía disponible en energía útil

! seleccionando un calado en estado inactivo optimizado, en el que la producción de energía útil durante un periodo de interés es un máximo cuando la unidad de captación se hace funcionar en un sistema de 20 conversión de energía undimotriz durante el período de interés en el clima marítimo del lugar de despliegue, y/o ! seleccionando una longitud de elemento de captación optimizada en la que la producción de energía útil durante un período de interés es un máximo cuando la unidad de captación se hace funcionar en un sistema de conversión de energía undimotriz durante el período de interés en el clima marítimo del sitio de despliegue.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, en el que la selección de un calado en estado inactivo optimizado y/o la selección de una longitud de captación optimizada se realizan de manera iterativa (a) derivando una distribución de contenido de energía para una descripción de clima marítimo de la zona de despliegue en términos de altura de las olas y/o periodo de las olas,

(b) para un elemento de captación determinado con un calado en estado inactivo y/o longitud de elemento de captación especificados, derivando una distribución de la eficiencia de conversión en términos de altura y/o periodo de las olas,

(c) combinando la distribución de contenido de energía y la distribución de la eficiencia de conversión para obtener una distribución de productividad para el elemento de captación determinado en el clima marítimo 35 determinado,

(d) variando el calado y/o la longitud en estado inactivo mantenimiento los restantes parámetros para definir la constante operativa del elemento de captación, y

(e) repitiendo las etapas (b) a (d) hasta que la producción de energía durante el período de interés en el sitio de despliegue determinado sea un máximo.

13. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10-12, en el que los datos estadísticos son una distribución de contenido de energía sobre intervalos de alturas H de las olas, preferiblemente altura Hs del oleaje significativo y/o intervalos de períodos de olas, preferiblemente períodos Te de energía de las olas, para estados de la mar en el sitio de despliegue.

14. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10-13, en el que el uno o más parámetros 45 característicos que representan el clima marítimo están asociados con un máximo en el contenido de energía.

15. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10-14, en el que el dimensionamiento/la optimización se realiza en base a los datos estadísticos en una ventana de producción seleccionada de entre los datos estadísticos que representan el clima marítimo.

16. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10-15, en el que el calado Fd en estado inactivo es

igual a la altura de ola característica multiplicada por un factor D de escala de altura comprendido en el intervalo 25, preferiblemente en el intervalo 2, 2-4, más preferiblemente, entre 2, 5-3, 5, o aproximadamente 2, 9.

17. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10-16, en el que la longitud FI del elemento de captación es igual a la longitud de onda característica multiplicada por un factor L de escala de longitud

comprendido en el intervalo 0, 1-0, 4, de manera alternativa, en el intervalo 0, 11-0, 25, de manera alternativa, en el intervalo 0, 12-0, 20, o de aproximadamente 0, 15.

18. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10-17, en el que la longitud Fl del elemento (100) de captación y/o el calado Fd en estado inactivo del elemento (100) de captación se reduce para llegar a un compromiso entre el costo de construcción del elemento de captación de energía y la eficiencia de la producción,

reduciendo de esta manera el coste global de la producción de energía.

19. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10-18, en el que la configuración comprende además la etapa de ! dimensionar una altura Fh del elemento (100) de captación de manera que sea más grande que el calado Fd en estado inactivo de manera que el borde (3) posterior superior en la posición inactiva del elemento 15 (100) de captación esté por encima del nivel S del agua en calma.

20. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 10-19, en el que la configuración comprende además las etapas de ! realizar un análisis de movimiento en el elemento (100) de captación bajo la influencia de campos de olas irregulares representativos del clima marítimo, y

! determinar una altura Fh del elemento de captación para prevenir la inmersión del borde (3) posterior superior durante el funcionamiento del elemento (100) de captación en el clima marítimo.

21. El uso de una unidad de captación según cualquiera de las reivindicaciones 1-9 en un rompeolas abierto.