Generador de energía a partir del oleaje, que comprende un cuerpo central vertical (1) dotado superiormente de un primer eje horizontal (2) sobre el que puede girar libremente un primer cuerpo (3),

en el que se soporta un segundo eje (4) sobre el que puede girar libremente un segundo cuerpo (5); estando el primer (2) y segundo eje (4) dispuestos formando un ángulo, para que el movimiento de las olas produzca el giro del primer cuerpo (3), segundo cuerpo (5), o ambos dependiendo de la dirección de las olas, obteniendo energía mecánica. Al menos el segundo cuerpo (5) es un flotador. Comprende medios de extracción de la energía mecánica transmitida del oleaje al primer (3) y segundo (5) cuerpos y medios de transformación de dicha energía mecánica en energía eléctrica. El funcionamiento del generador es independiente de la dirección del oleaje. Prevé que el generador pueda ser resonante para una determinada frecuencia, mediante la incorporación de resortes (20) que condicionan el movimiento relativo entre los cuerpos (1, 3 y 5)

Generador de energía a partir del oleaje.

Objeto de la invención

La presente invención consiste en un generador de energía que realiza la absorción de energía del oleaje, para su posterior conversión a cualquier otro tipo de energía, preferentemente eléctrica; que tiene por objeto permitir realizar la absorción de energía de las olas en cualquier dirección en la que éstas se propaguen, y todo ello con independencia de la variación del nivel medio del mar, por mareas u otros fenómenos.

Es otro objeto de la invención el proporcionar un generador resonante para el oleaje más frecuente en el lugar de instalación, de tal forma que se obtenga la máxima amplitud de oscilación, y por tanto máxima energía absorbida para dicho oleaje más frecuente.

La invención realiza la extracción de la energía, la transforma, procesa y entrega a una carga. La carga típica, sin perjuicio de otros, será eléctrica, ya sea aislada o la propia red. Se considera por tanto el campo de la generación de energía eléctrica como preferente aplicación de la invención.

Antecedentes de la invención

Diversas tecnologías se encuentran en desarrollo con objeto de extraer de forma eficiente y fiable la energía del oleaje marino. Dichas tecnologías se basan en la interacción de un cuerpo o fluido con la ola que se propaga por la superficie del mar. En el caso de un fluido, la ola interactúa con el aire de una cámara, son los llamados sistemas de columna oscilante (OWC). En el caso de un cuerpo, la ola interactúa con un sólido en su superficie o debajo de ella, produciendo un movimiento, en algunos casos, o deformación en otros. Entre los dispositivos basados en el movimiento de un sólido se encuentra la presente invención.

El estado de la técnica de los dispositivos basados en el movimiento de un sólido, puede clasificarse en absorbedores puntuales, atenuadores, y terminadores, en función de sus dimensiones respecto al frente de la onda de la ola, siendo los absorbedores puntales aquellos que en el plano horizontal son mucho menores que la longitud de onda típica del oleaje, los terminadores aquellos cuya dimensión horizontal paralela al frente de onda es del orden de la longitud de onda o incluso más, y atenuadores aquellos dispositivos cuya dimensión horizontal perpendicular al frente de onda es del orden de dicha longitud de onda.

Entre los antecedentes también se pueden encontrar aquellos dispositivos que operan en la superficie y los que lo hacen semisumergidos o sumergidos por completo. La ventaja de trabajar sumergido es la relativa insensibilidad en caso de tormentas y otras contingencias medio ambientales, a costa de una menor energía disponible en condiciones normales de funcionamiento.

La conversión del movimiento del cuerpo inducido por el oleaje en energía, se realiza mediante la aplicación de una fuerza o par antagonista. Típicamente se usan sistemas hidráulicos, apropiados a este efecto, dado que las velocidades del fluido asociadas a la propagación de las olas son bajas.

De los seis grados de libertad en los que puede moverse un cuerpo sólido, se han presentado soluciones en las que se hace uso de uno, dos e incluso tres de estos grados de libertad.

Una ventaja de los absorbedores puntuales funcionando en base a un movimiento de desplazamiento vertical arriba- abajo entre dos cuerpos, producido por la ola a su paso por un cuerpo flotante, es que no hay que reorientar dichos cuerpos al cambiar la dirección del oleaje incidente. Esta solución se adopta por ejemplo, en el documento de patente NO 20062017 perteneciente a Ocean Power Technologies. Estos sistemas que hacen uso de una oscilación vertical para la absorción de energía tienen como inconveniente la dificultad de sobredimensionarlos con moderado coste de cara a resistir situaciones ambientales comprometidas, como puedan ser situaciones de mar brava. Por el contrario en los sistemas que usan movimiento de rotación respecto a un eje horizontal, como es el aquí presentado, el coste de asegurar la integridad del sistema es menor, puesto que el hecho de permitir mayores giros no aporta un coste adicional grande al sistema. Este es el caso de la presente invención, que usa el movimiento relativo de rotación alrededor de un eje horizontal para la extracción de energía, siendo por tanto menos costoso, en términos relativos al coste total del sistema, sobredimensionarlo de cara a la supervivencia del sistema en un temporal en comparación con los sistemas que usan la oscilación lineal en dirección vertical.

Otros absorbedores como el "Salter duck" que se describe en el documento de patente CA 1 032 853, presentan un sistema tipo terminador que aprovecha la oscilación rotacional inducida por el oleaje, gracias al movimiento de cabeceo que induce la ola en sus partes móviles. El problema de este sistema es que requiere ser orientado en función de la dirección de incidencia del oleaje, lo cual limita y complica su operación. Algo similar ocurre con el sistema conocido como "Pelamis" que se describe en el documento de patente (US 2006/0273593 A1) que pertenece a la familia de los atenuadores, el cual hace uso del movimiento relativo de rotación entre dos cuerpos cilíndricos cuyas generatrices se sitúan en el plano horizontal. El hecho de ser un atenuador hace que requiera ser orientado en función de la dirección del oleaje incidente, si bien su forma hace que pueda auto-orientarse aunque en periodos de tiempo bastante mayores que los periodos característicos de la ola. La presente invención, por el contrario, no requiere ser orientada en función del oleaje incidente, posibilitando la operación del sistema en modo continuo para todas las olas incidentes sin necesidad de periodos de orientación ni sistemas auxiliares para hacerlo.

Conceptualmente puede afirmarse que la mayor parte de los dispositivos del estado de la técnica que hacen uso de oscilaciones rotacionales relativas entre los cuerpos alrededor de un eje, generalmente paralelo al frente de onda, como es el dispositivo conocido como "McCabe Wave Pump" que se describe en el documento de patente GB 2 113 311 A, o como son los dispositivos descritos en los documentos de patente WO 2008/063086 A2 y GB 2 262 572 A, pueden ser materializados como terminadores o como absorbedores puntuales, siendo la referencia para considerarlo puntual el tamaño del dispositivo en la dirección del frente de onda incidente en relación a la longitud de onda del oleaje. A pesar de esta denominación, ha de señalarse que los verdaderos absorbedores puntuales son aquellos cuya absorción no depende de la dirección de propagación de la ola incidente. En este sentido puede citarse el documento de patente EP 1 439 306 Al, perteneciente a la compañía WAVEBOB LTD., en el que se describe un absorbedor capaz de capturar energía mediante el uso, entre otros, de la oscilación rotacional relativa entre dos cuerpos. El sistema es independiente de la dirección de propagación del oleaje dado que la oscilación puede producirse en dos grados de libertad. Dichos cuerpos no pueden estar ligados por un eje, al requerirse dos grados de libertad mutuos. Esto le resta robustez al sistema, cuestión que se mejora mediante la presente invención al usarse dos ejes ligando tres cuerpos. En general los ejes son elementos más robustos que las rótulas cuando se requieren muchos ciclos de funcionamiento, precisan un menor mantenimiento, y son además mejores cuando se pretende un alto rendimiento mecánico en la transferencia de energía.

Descripción de la invención

Para conseguir los objetivos y resolver los inconvenientes anteriormente indicados, la invención ha desarrollado un nuevo generador de energía a partir de la absorción de la energía producida por el oleaje del tipo de los considerados como absorbedores puntuales, que se sitúa en la superficie, y hace uso de dos grados de libertad rotacionales.

La principal novedad de la invención radica en que comprende un cuerpo central vertical que se amarra al fondo con objeto de evitar la deriva y que está dotado superiormente de un primer eje horizontal en el que puede girar libremente un primer cuerpo dispuesto alrededor del cuerpo central vertical, y en el que se soporta un segundo eje en el que puede girar libremente un segundo cuerpo dispuesto alrededor del primer cuerpo. El primer y segundo eje están dispuestos formando un cierto ángulo, es decir dichos ejes no son paralelos, para que el movimiento de las olas produzca el giro del primer cuerpo, segundo cuerpo o ambos, dependiendo de la dirección de las olas de manera que se obtiene energía mecánica. Al menos el segundo cuerpo está...

1. Generador de energía a partir del oleaje, caracterizado porque comprende un cuerpo central vertical amarrado al fondo y dotado superiormente de un primer eje horizontal en que puede girar libremente un primer cuerpo dispuesto alrededor del cuerpo central vertical, y en el que se soporta un segundo eje en el que puede girar libremente un segundo cuerpo dispuesto alrededor del primer cuerpo; estando el primer y segundo eje dispuestos formando un ángulo, para que el movimiento de las olas produzca el giro del primer cuerpo, segundo cuerpo, o ambos dependiendo de la dirección de las olas, obteniendo energía mecánica; siendo al menos el segundo cuerpo un flotador.

2. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 1, caracterizado porque comprende medios de extracción de la energía mecánica y medios de transformación de la energía mecánica en energía eléctrica.

3. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 2, caracterizado porque los medios de extracción de la energía mecánica y los medios de transformación de la energía mecánica en eléctrica están seleccionados entre medios eléctricos y medios hidráulicos.

4. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 1, caracterizado porque el primer y segundo ejes son perpendiculares.

5. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo central vertical está constituido por un cuerpo alargado que incluye un lastre para mantenerlo flotando en posición vertical, y en el que se incluyen los medios de transformación de la energía mecánica en eléctrica.

6. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 5, caracterizado porque los medios hidráulicos de transformación de la energía mecánica en eléctrica comprenden conducciones de un fluido y los medios eléctricos de conversión de la energía mecánica en eléctrica comprenden cableados que discurren por el interior del primer y segundo cuerpo y del primer y segundo eje hasta el cuerpo central vertical.

7. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 1, caracterizado porque comprende resortes lineales o resortes rotacionales; estando los resortes lineales acoplados entre el primer cuerpo y el cuerpo central vertical, el segundo y el primer cuerpo o en ambos casos; en tanto que los resortes rotacionales están acoplados a los mismos cuerpos sobre el primer eje, segundo eje o ambos; todo ello para hacer la oscilación del primer cuerpo, del segundo cuerpo o de ambos resonante con una determinada frecuencia; estando los resortes lineales y rotacionales seleccionados entre mecánicos, neumáticos o hidráulicos.

8. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 1, caracterizado porque la capacidad de producción de energía mecánica asociada al giro del primer cuerpo es diferente a la capacidad de producción de energía asociada al giro del segundo cuerpo; situándose el cuerpo de mayor capacidad de producción de energía con su eje paralelo al frente de propagación de las olas en la dirección más frecuente de propagación en el lugar de instalación y el otro eje en otra dirección menos frecuente de propagación.

9. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 1, caracterizado porque los medios hidráulicos de extracción de energía mecánica comprenden máquinas hidráulicas acopladas en los extremos del primer y segundo eje que producen el desplazamiento de un fluido, un calderín de almacenamiento del fluido a alta presión, un depósito a presión atmosférica, y un motor hidráulico que acoplado a una máquina eléctrica proporciona energía eléctrica a una carga seleccionada entre una carga aislada y la red eléctrica.

10. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 9, caracterizado porque el acoplamiento de las máquinas hidráulicas a los extremos de los ejes se efectúa mediante medios de multiplicación mecánica del movimiento.

11. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 9, caracterizado porque las máquinas hidráulicas funcionan como bomba y como motor de cilindrada variable, de doble sentido de giro, gobernadas por un módulo de rectificación y control para trabajar en condiciones de presión diferencial constantes y ejercer un control del par desarrollado en módulo y sentido.

12. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 1, caracterizado porque los medios eléctricos de extracción de la energía mecánica, están constituidos por máquinas eléctricas conectadas a los extremos del primer y segundo eje, máquinas que están alimentadas por convertidores de corriente alterna a corriente continua, que a su vez están conectados a un convertidor de corriente continua a corriente alterna de conexión a la red eléctrica.

13. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 12, caracterizado porque el acoplamiento de las máquinas eléctricas a los extremos de los ejes se efectúa mediante medios de multiplicación mecánica del movimiento.