FLOTADOR PARA UNA PLANTA DE CONVERSION DE LA ENERGIA DE LAS OLAS DEL MAR.

Un flotador (13, 26, 31) para usar en la captura de la energía de las olas a través de un movimiento puramente vertical,

comprendiendo dicho flotador:

un cuerpo central (14, 28) que proporciona flotación, estando caracterizado dicho flotador por comprender adicionalmente:

una parte delantera (17) que tiene una superficie delantera (16, 38) que, durante el uso flotador, está inclinada hacia arriba desde la horizontal de manera que la parte superior de dicha superficie delantera se proyecta más allá de dicho cuerpo central que la parte inferior de dicha superficie delantera y

una parte trasera (18) que, durante el uso de dicho flotador, se extiende hacia abajo desde dicho cuerpo central y presenta una superficie trasera (40) que está inclinada hacia abajo desde la horizontal de manera que la parte superior de dicha superficie trasera, en la dirección horizontal, está más cerca de dicho cuerpo que la parte inferior de dicha superficie trasera

Flotador para una planta de conversión de la energía de las olas del mar.

La siguiente invención se refiere a flotadores para capturar la energía de las olas del mar y a mejoras en el diseño de los mismos.

Las fuentes de energía limpia se están haciendo cada vez más importantes para reducir la actual dependencia de los combustibles fósiles y sus efectos sobre el cambio climático. Actualmente, la energía eólica está bien establecida como una de estas fuentes, pero con diferencia, la mayor fuente de energía renovable que puede aprovecharse es la de los océanos. Se están investigando muchos esquemas para aprovechar esta fuente de energía aunque su coste de capital y el coste de la electricidad generada por los mismos siguen siendo considerables.

Ciertos tipos de plantas de conversión usan flotadores o pontones flotantes como medios para capturar la energía de las olas del mar. Los flotadores, situados en el mar, ondulan con las olas. La energía mecánica capturada por los flotadores se transmite a alguna forma de mecanismo de conversión de energía mecánica en eléctrica. Es bastante evidente que cuanto mejor sea el rendimiento del flotador en términos de captura de la energía de las olas disponible, más energía mecánica puede transmitirse al mecanismo de conversión. A su vez, esto conduce a un aumento de la producción eléctrica.

A modo de información antecedente respecto a la invención descrita en este documento, se explica ahora el componente energético contenido dentro de una ola de mar típica. Este puede dividirse en dos componentes principales. Éstos se conocen como sube y baja y mar de fondo. El componente de sube y baja más familiar es el responsable de la subida y bajada de los artículos flotantes situados sobre las olas, mientras que el mar de fondo es el componente más oculto, siendo el asociado con el movimiento elíptico de las corrientes de agua dentro de la propia ola. (Es este último componente el que hace que el cuerpo de un bañista se balancee hacia delante y hacia atrás cuando se encuentra sobre el fondo marino). La energía disponible se divide casi equitativamente entre el sube y baja y el mar de fondo.

Hasta la fecha, las enseñanzas aceptadas establecen que la energía máxima que teóricamente puede capturarse por un flotador está limitada al 50% del componente asociado con la energía de sube y baja de la ola. Si fuera posible capturar al menos parte de la energía del mar de fondo el rendimiento del flotador claramente se potenciaría.

El documento US 2003/0019207 describe un flotador de acuerdo con la sección de pre-caracterización de la reivindicación 1.

El documento GB 2.325.708 que se considera como la técnica anterior más cercana al contenido de la reivindicación 1, describe un convertidor de la energía de las olas en el que un elemento de seguimiento de ola gira en un arco alrededor de un fulcro.

El documento WO 88/00297 describe un cuerpo montado rotatoriamente para girar en una línea o corriente de agua para convertir la energía mecánica de la línea o corriente en energía eléctrica.

La presente invención proporciona un flotador para su uso en la captura de la energía de las olas mediante un movimiento puramente vertical, comprendiendo dicho flotador: un cuerpo central que proporciona flotación, comprendiendo adicionalmente dicho flotador: una parte delantera que tiene una superficie delantera que, durante el uso del flotador, se inclina hacia arriba desde la horizontal de manera que la parte superior de dicha superficie delantera se proyecta más allá de dicho cuerpo central que la parte inferior de dicha superficie delantera y una parte trasera que, durante el uso de dicho flotador, se extiende hacia abajo desde dicho cuerpo central y presenta una superficie trasera que está inclinada hacia abajo desde la horizontal de manera que la parte superior de dicha superficie trasera está, en la dirección horizontal, más cerca de dicho cuerpo que la parte inferior de dicha superficie trasera.

En una realización, se proporciona un flotador para usarlo en las olas del mar para capturar la energía de las mismas que comprende como una primera parte, una parte de cuerpo central que tiene una flotación suficiente a) tanto para soportar su propio peso como el de cualquier peso vertical que actúe sobre el mismo de un sistema de conversión de energía accionado de ese modo y b) proporcionar fuerza de accionamiento al sistema de conversión de energía y, como una segunda parte, una extensión delantera a dicho cuerpo en forma de una superficie inclinada hacia arriba (orientada hacia y acoplada con las olas que se aproximan) y como una tercera parte, una extensión trasera que está en forma de una superficie inclinada hacia abajo. (Para acoplar el movimiento de las olas por debajo y hacia la elevación de aumento trasera, y la tercera parte acopla el movimiento de las olas por debajo y hacia la parte trasera del flotador, de una manera similar, para aumentar la elevación proporcionada de esta manera.

Preferiblemente, la extensión delantera está en forma de una aleta unida a o integrada en el cuerpo del flotador de manera que forma la superficie inclinada hacia arriba y la extensión trasera es una aleta similar que forma la superficie inclinada hacia abajo.

Preferiblemente, la aleta delantera está situada a una altura relativa respecto al cuerpo central del flotador teniendo en cuenta las condiciones predominantes locales de la ola en las que tiene que funcionar el flotador, tal como para optimizar la captura de energía en dichas condiciones. En un ejemplo, relacionado con un tipo particular o perfil de ola de mar, la colocación de la aleta puede ser tal que en condiciones de calma toda o sustancialmente toda la superficie operativa de la aleta esté por encima del nivel del agua. En otro ejemplo, relacionado con otro tipo o perfil de ola del mar la aleta puede extenderse desde el cuerpo central empezando en su nivel más bajo. La aleta trasera se sitúa preferiblemente tal como para depender hacia abajo desde el lado inferior trasero del flotador.

El método de operación del flotador es el siguiente. La parte del cuerpo central del flotador, teniendo en cuenta su flotación, sirve de una manera bien conocida para capturar el componente de sube y baja de la energía en la ola que actúa sobre el mismo. De esta manera, el flotador intenta subir con el cuerpo de de agua en elevación que actúa sobre el mismo. La masa de agua que comprende la pendiente del frente de avance de la ola actúa constructivamente contra el lado inferior en pendiente de la aleta delantera. Se obtiene como resultado un componente vertical del empuje, aumentando así el empuje presente debido a la flotación natural del flotador. El mar de fondo subyacente de la ola es incapaz de deslizarse sin impedimentos pasado el lado inferior del flotador teniendo en cuenta la presencia de la extensión trasera. Esto da como resultado un componente hacia arriba adicional de empuje, en este caso debido de nuevo al componente de mar de fondo. El efecto medio de combinar la extensión delantera y la extensión trasera puede aumentar el empuje que actúa verticalmente transmitido por el flotador hasta un 50%, incluso un 70% resto al que surgiría de la flotación del flotador únicamente.

La experimentación ha demostrado que los ángulos ideales de las superficies delantera y trasera para la captura de energía dependen en algún grado de la frecuencia de la ola. En la práctica, sin embargo, se ha encontrado que los ángulos óptimos -dependiendo de la horizontal- para la superficie delantera están entre 10 y 50º, preferiblemente 20-40º y para la superficie trasera entre 50 y 85º, preferiblemente de 60 a 80º.

Se apreciará que como resultado de que la parte delantera de la ola golpea el lado inferior de la aleta delantera, se transmitirá algún grado de par de torsión al cuerpo del flotador, que se manifiesta como una tendencia del borde delantero del flotador de intentar elevarse respecto a su centro. Análogamente, se experimentará también algún grado de par de torsión como resultado de la acción de las olas que actúan sobre la extensión trasera. En este caso, el par de torsión será en el sentido opuesto.

En una realización preferida de la invención, la longitud del flotador, entendiéndose con ello su dimensión en la dirección de desplazamiento de la ola, se selecciona de manera que, en combinación con las áreas superficiales respectivas y los ángulos de las aletas delantera y trasera, el par de torsión global que actúa sobre el flotador se mantiene al mínimo.

En...

1. Un flotador (13, 26, 31) para usar en la captura de la energía de las olas a través de un movimiento puramente vertical, comprendiendo dicho flotador:

un cuerpo central (14, 28) que proporciona flotación, estando caracterizado dicho flotador por comprender adicionalmente:

2. El flotador de la reivindicación 1, en el que dicha superficie delantera (16, 38) está inclinada a un ángulo medio entre 10 y 50º grados desde la horizontal, preferiblemente entre 20 y 40º desde la horizontal.

3. El flotador de la reivindicación 1 ó 2 en el que dicha superficie trasera (40) está inclinada entre 50 y 58º por debajo de la horizontal, preferiblemente entre 60 y 80º desde la horizontal.

4. El flotador de la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que dicha superficie delantera (16, 38) está formada integralmente como parte de dicho cuerpo central (14, 28).

5. El flotador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha parte delantera (17) está formada mediante una extensión que se proyecta desde dicho cuerpo (14, 28) y unida a dicho cuerpo en dicha parte inferior de dicha superficie delantera.

6. El flotador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha parte superior de dicha superficie delantera (16, 38) se extiende por encima de una parte superior de dicho cuerpo central (14, 28).

7. El flotador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha parte trasera (18) está formada integralmente con dicho cuerpo central (14, 28).

8. El flotador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que de dicha parte superior de dicha superficie trasera (40) está por debajo de la parte inferior de dicho cuerpo central (14, 28).

9. El flotador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende adicionalmente:

un miembro de refuerzo interno (27) dentro del cuerpo central (14, 28) y que se extiende en dicha parte delantera (17) y/o en dicha parte trasera (18).

10. El flotador de la reivindicación 9, en el que dicho miembro de refuerzo es integral con o está fijado directamente a un medio de fijación (30) de dicho cuerpo central para la fijación al mismo de un miembro para transferir el movimiento hacia arriba/hacia abajo de dicho flotador a un componente de un sistema de conversión de energía.

11. El flotador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha superficie delantera (16, 38) está curvada de manera que no hay una superficie plana que se presente a una ola que se aproxima cuyo frente de onda sea perpendicular a un eje horizontal de simetría de dicho flotador.

12. El flotador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha superficie delantera (16, 38) se extiende desde la mitad o más abajo de dicho cuerpo central y/o dicha superficie delantera (40) se extiende sustancial-mente desde una parte inferior de dicho cuerpo central, preferiblemente desde la parte inferior de dicho cuerpo central.

13. El flotador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la distancia del flotador desde la parte inferior del borde delantero a la parte superior del borde trasero, las longitudes de las superficies delantera y trasera, la anchura del cuerpo central, las superficies delantera y trasera y los ángulos de inclinación de las superficies delantera y trasera desde la horizontal son tales que al paso de una ola típica los momentos de la fuerza alrededor de una posición de fijación de dicho cuerpo central que actúan sobre las superficies delantera y trasera son de dirección sustancialmente opuesta y de una magnitud del 25% del otro.

14. El flotador de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la proporción de la longitud horizontal de la superficie delantera a la longitud horizontal del flotador -en la dirección de desplazamiento de la ola que actúa sobre el mismo- es aproximadamente un medio.

15. El flotador de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la proporción de la longitud horizontal de la superficie trasera a la longitud horizontal del flotador -en la dirección de desplazamiento de la ola que actúa sobre el mismo- es aproximadamente un tercio.

16. El flotador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que dicho flotador tiene un medio de fijación (30, 35) para la fijación al mismo de un miembro para transferir el movimiento hacia arriba/hacia abajo de dicho flotador a un componente de un sistema de conversión de energía.

17. El flotador de la reivindicación 16, en el que dicho medio de fijación incluye una disposición mediante la que dicho flotador puede girar alrededor de dicho miembro permitiendo de esta manera una auto-alineación pasiva de dicho flotador con las olas que se aproximan.

18. El flotador de la reivindicación 17, en el que dicho medio de fijación comprende un amortiguador para amortiguar la rotación de dicho flotador respecto a dicho miembro.

19. Un flotador de cualquiera de las reivindicaciones anteriores y un miembro (15, 29, 32) fijado a un extremo de dicho flotador para transferir el movimiento hacia arriba/hacia abajo de dicho flotador a un componente de un sistema de conversión de energía.

20. El flotador y el miembro de la reivindicación 19, en el que dicho flotador y miembro están unidos rotacionalmente para permitir de esta manera la alineación pasiva de dicho flotador con las olas que se aproximan.

21. El flotador y el miembro de la reivindicación 19, en el que dicho miembro incluye un medio giratorio (34) para permitir el giro de una parte a la que dicho flotador está fijado respecto a otra parte para permitir de esta manera la alineación pasiva de dicho flotador con las olas que se aproximan.

22. Un flotador y un miembro de la reivindicación 19 y un medio de conversión de energía para convertir dicho movimiento transferido hacia arriba/hacia abajo de dicho miembro en electricidad.

23. El flotador, el miembro y el medio de conversión de energía de la reivindicación 22, en el que dicho miembro puede girar respecto a dicho medio de conversión de energía.

24. El flotador y el miembro de la reivindicación 20 ó 21 o el flotador, el miembro y el medio de conversión de energía de la reivindicación 23 que comprende adicionalmente un amortiguador para amortiguar dicha rotación.

25. Un método para generar energía a partir de las olas, comprendiendo dicho método poner un flotador de una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en las olas y usar un transductor para convertir el movimiento de dichos flotadores en electricidad.

26. El método de la reivindicación 25 en el que dicho transductor es uno o más generadores lineales.