SISTEMA DE RECUPERACIÓN DE ENERGÍA HIDRÁULICA.

Sistema de recuperación de energía hidráulica de al menos una parte de un caudal de agua que atraviesa una presa (8) de regulación del nivel de agua de un canal aguas arriba (3) de una esclusa (5),

teniendo dicho sistema de recuperación de energía al menos una rueda de álabes (12) y al menos un generador eléctrico (18), y caracterizado porque dispone además de una transmisión hidráulica que tiene al menos una bomba hidráulica (22) acoplada a dicha rueda de álabes (12), al menos un motor hidráulico (27) acoplado a dicho generador eléctrico (18), un circuito hidráulico (26) que une la bomba y el motor hidráulicos (22, 27), y medios de regulación de la velocidad, preferiblemente electrónicos, de dicho motor hidráulico (27) que permiten mantener una velocidad constante de dicho motor hidráulico (27) a velocidades variables de la rueda de álabes (12)

El presente invento se refiere a un sistema de recuperación de energía hidráulica de al menos una parte de un caudal de agua que atraviesa una presa de regulación del nivel de agua de un canal aguas arriba de una esclusa.

De antiguo se conoce la utilización de la energía ligada a las diferencias entre niveles de agua, bien mediante presas o retenciones artificiales. Esta energía ha sido primeramente explotada en molinos de agua que 5 tienen ruedas de álabes, y más tarde en las presas hidroeléctricas que tienen turbinas. Tales presas hidroeléctricas, que permiten la generación de energía eléctrica explotando una energía eminentemente renovable, suministran hoy día una proporción considerable de la energía eléctrica consumida en el mundo. No obstante, también tienen grandes inconvenientes. Con objeto de generar la energía eficazmente estas presas hidroeléctricas dependen por una parte de la existencia de un curso de agua con desniveles considerables, y por otra parte de obras importantes, 10 y por lo tanto caras y que tienen un gran impacto medioambiental, con grandes superficies inundadas, bloqueo de las migraciones de peces, generación de metano por descomposición de la materia orgánica en los lagos formados por las presas, etc. Incluso a pequeña escala, las centrales hidroeléctricas están por tanto limitadas generalmente a regiones relativamente accidentadas y tienen costes tanto económica como ecológicamente no despreciables.

Por el contrario, en las regiones menos accidentadas los ríos y riachuelos son más bien utilizados como 15 medios de transporte. En efecto, el transporte fluvial, aunque más lento que el transporte por carretera o por ferrocarril, permite el transporte de grandes masas y volúmenes de materiales con un coste comparativamente bajo y con un mucho menor consumo de energía. Sin embargo, incluso en las regiones poco accidentadas, la navegabilidad de los ríos y riachuelos debe a menudo estar asegurada con esclusas. Estas esclusas están implantadas a la derecha de una presa que crea un plano de agua o canal aguas arriba. Estas presas generalmente 20 tienen medios móviles de contención, tales como compuertas de esclusa, para regular el nivel del agua.

También se utilizan esclusas para permitir a los navíos franquear las presas hidroeléctricas, como se ha explicado por ejemplo en la solicitud de patente británica GB 2.186.917A. No obstante, en tales sistemas la esclusa se ha instalado al mismo tiempo que, o después de, la presa hidroeléctrica. No permiten por tanto la utilización hidroeléctrica de las presas existentes que sirven para regular el nivel de agua de los canales aguas arriba de las 25 esclusas.

Uno de los sistemas de recuperación de energía hidráulica según la técnica anterior es conocido por el documento ES 2.226.522. En la solicitud de patente estadounidense US 2004/0108731, se ha propuesto un procedimiento para la utilización de la energía eléctrica de un riachuelo o río navegable con al menos un sistema de salto del desnivel que tiene al menos una esclusa. Este procedimiento del estado de la técnica permite explotar el 30 desplazamiento del agua durante el llenado y el vaciado de las esclusas instalando turbinas en los conductos de llenado y de vaciado de las esclusas. Sin embargo, tal procedimiento es difícilmente aplicable a las esclusas ya existentes sin efectuar trabajos caros y para lo que se precisa la puesta fuera de servicio temporal de las esclusas. Además, no explota más que el caudal de agua entre los canales aguas arriba y aguas abajo a través de la esclusa despreciando el caudal mucho más regular y considerable a través de la presa paralela a la esclusa en un río o 35 riachuelo. Otras explicaciones tales como la contenida en la solicitud de patente británica GB 2412409 A, o en la solicitud de patente internacional WO 03/054385 A1 que propone la instalación de turbinas en partes de canales tales como los de una esclusa. Aunque más fáciles de poner en orden estas instalaciones tienen también el inconveniente de no servir más que para explotar el caudal de agua limitado e intermitente a través de la esclusa. En la patente estadounidense US 4.345.159 se explicó un sistema que tiene turbinas en la presa de regulación de nivel 40 del canal aguas arriba de una esclusa con objeto de explotar el caudal de agua que atraviesa la presa. No obstante, el diámetro de las turbinas está limitado por la poca profundidad aguas abajo de la presa.

Este inconveniente fue tratado en la patente británica GB 171.773 por un sistema de recuperación de la energía hidráulica de al menos una parte de un caudal de agua que atraviesa una presa de regulación del nivel de agua de un canal aguas arriba de una esclusa, que tiene al menos una rueda de álabes y al menos un generador 45 eléctrico. Aunque las ruedas de álabes tienen ventajas considerables para explotar tal caudal de agua de poca profundidad, la transmisión mecánica entre las ruedas de álabes y los generadores eléctricos tiene varios inconvenientes, siendo el primero el de las grandes dimensiones de los engranajes, correas o cadenas necesarios para transmitir la potencia generada por las ruedas de álabes. En particular, cuando este sistema de recuperación de la energía hidráulica va a ser instalado en una presa ya existente las dimensiones de las transmisiones van a 50 limitar la anchura de las ruedas de álabes y por tanto a limitar la energía hidráulica que puede ser recuperada. Otro inconveniente importante es la relación de transmisión fija de tal transmisión mecánica. Dado que la velocidad de rotación de la rueda de álabes puede ampliamente variar según el caudal del curso de agua, tal relación de transmisión fija tendrá como consecuencia las mismas variaciones en la velocidad de los generadores eléctricos, lo que, por ejemplo, complica la conexión a la red. 55

El problema al que se refiere el invento es por tanto el de estudiar más específicamente la energía hidráulica de un riachuelo o río navegable que atraviesa una presa de esclusa, y esto sin tener que efectuar obras mayores tales como nuevas presas o desviaciones del curso de agua. Este problema está resuelto por una transmisión hidráulica que al menos tiene una bomba hidráulica acoplada a dicha rueda de álabes, al menos un motor hidráulico acoplado a dicha rueda de álabes, al menos un motor hidráulico acoplado a dicho generador eléctrico, un circuito 60 hidráulico que une la bomba y el motor hidráulicos antes mencionados, y medios de regulación de la velocidad,

preferiblemente electrónicos, de dicho motor hidráulico, que permiten mantener una velocidad constante de dicho motor hidráulico con velocidades variables de la rueda de álabes. Gracias al menor volumen que ocupa esta transmisión hidráulica es posible utilizar una parte bastante mayor de la energía cinética y/o potencial del caudal de agua normalmente vertido por la presa de regulación en paralelo a la esclusa sin realizar obras de envergadura que necesitan, por ejemplo, el secado del lecho del río. La colocación del sistema de recuperación de energía puede 5 efectuarse, por ejemplo, mediante una gabarra y grúas sin ser necesario cerrar o desviar el curso del río.

Además, una velocidad de salida constante, independiente de la velocidad de rotación de la rueda de álabes puede tener ventajas para la generación de energía eléctrica.

Una velocidad constante del motor hidráulico es particularmente ventajosa cuando el generador debe estar unido a una red de corriente alterna. Es posible generar directamente una corriente alterna con un alternador. No 10 obstante, la frecuencia de una corriente alterna producida por tal alternador normalmente va a ser proporcional a la velocidad de rotación del motor hidráulico. Si esta velocidad es variable serán necesarios circuitos eléctricos complejos para convertir esta corriente de frecuencia variable en una corriente con la frecuencia de la red. Ventajosamente dicho generador puede por tanto ser un alternador, preferiblemente síncrono, y dicha velocidad constante puede corresponder a la frecuencia de una red eléctrica de corriente alterna a la que dicho alternador 15 podría estar conectado.

La potencia de la rueda de álabes puede fácilmente ser superior a la de las bombas hidráulicas disponibles en el mercado. Con objeto de poder por tanto transmitir esta potencia sin recurrir a bombas especiales dicha transmisión hidráulica puede por tanto tener una pluralidad de bombas hidráulicas instaladas en paralelo en dicho circuito hidráulico y acopladas a dicha rueda de álabes. Una ventaja adicional de esta disposición es una mayor 20 fiabilidad del... [Seguir leyendo]

1. Sistema de recuperación de energía hidráulica de al menos una parte de un caudal de agua que atraviesa una presa (8) de regulación del nivel de agua de un canal aguas arriba (3) de una esclusa (5), teniendo dicho sistema de recuperación de energía al menos una rueda de álabes (12) y al menos un generador eléctrico (18), y caracterizado porque dispone además de una transmisión hidráulica que tiene al menos una bomba hidráulica (22) 5 acoplada a dicha rueda de álabes (12), al menos un motor hidráulico (27) acoplado a dicho generador eléctrico (18), un circuito hidráulico (26) que une la bomba y el motor hidráulicos (22, 27), y medios de regulación de la velocidad, preferiblemente electrónicos, de dicho motor hidráulico (27) que permiten mantener una velocidad constante de dicho motor hidráulico (27) a velocidades variables de la rueda de álabes (12).

2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho generador eléctrico (18) es un alternador, 10 preferiblemente síncrono, y dicha velocidad constante corresponde a la frecuencia de una red eléctrica de corriente alterna a la que dicho alternador puede estar conectado.

3. Sistema según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque dicha transmisión hidráulica tiene una pluralidad de bombas hidráulicas (22) instaladas en paralelo en dicho circuito hidráulico (26) y acopladas a dicha rueda de álabes (12), preferiblemente a través de un engranaje entre una corona dentada (23) 15 fijada en dicha rueda de álabes (12) y un piñón (24) fijado en un eje de impulsión (25) de cada una de dicha pluralidad de bombas hidráulicas (22).

4. Sistema según una cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque un eje (14) de dicha rueda de álabes (12) está montado en al menos un brazo pivotante (15), y preferiblemente entre dos brazos pivotantes (15). 20

5. Sistema según la reivindicación 4, caracterizado porque dicho brazo pivotante (15) tiene un gato (16), preferiblemente un gato hidráulico, para levantar y/o descender dicha rueda de álabes (12), especialmente en periodos de crecida.

6. Sistema de salto (2) del desnivel de un riachuelo o río navegable (1) con al menos una esclusa (5), una presa de regulación (8) del nivel de agua de un canal aguas arriba (3) de la esclusa (5), y un sistema de 25 recuperación de energía según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha presa (8) tiene, para la regulación del caudal de agua, un conjunto de medios móviles de contención tales como, por ejemplo, unas compuertas de esclusa (9).

7. Sistema según la reivindicación 6, caracterizado porque al menos uno de dichos medios móviles de contención está montado entre dos pilas (10) de soporte, y dicho sistema de recuperación de energía está soportado 30 por al menos una de dichas pilas (10).

8. Sistema según una de las reivindicaciones 6 ó 7, caracterizado porque al menos uno de dichos medios móviles de contención está formado por una cubierta de protección (17) montada basculante sobre dicha rueda de álabes.

9. Procedimiento de regulación de un sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, 35 caracterizado porque el sistema de recuperación de energía y la posición del conjunto de medios móviles de contención están regulados conjuntamente en función de al menos el nivel de agua del canal aguas arriba (3).

10. Procedimiento de regulación de un sistema según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque dichos medios de regulación de la velocidad mantienen una velocidad constante de dicho motor hidráulico (27), para que dicho generador eléctrico (18) produzca una corriente alterna con la misma 40 frecuencia que la de una red eléctrica a la que dicho generador eléctrico (18) está conectado.