Un aparato convertidor de la energía de las olas del mar en energía eléctrica,

mediante el cual el movimiento angular de una serie de flotadores o pétalos de longitud corta se transfiere a generadores eléctricos que alimentan la red eléctrica.

Aparato convertidor de la energía de las olas del mar en energía utilizable.

Objeto

La invención se refiere a un sistema de extracción de energía del océano, más particularmente a un aparato convertidor de la energía de las olas del mar en energía eléctrica, mediante el cual el movimiento angular de una serie de flotadores o pétalos de longitud corta se transfiere a generadores eléctricos que alimentan la red eléctrica.

Antecedentes de la invención

En el aprovechamiento de la energía de las olas los sistemas se pueden dividir en diferentes grupos básicos de sistemas de recogida: seguidores de contorno, absorbedores de punto, sistemas por rebase, columnas oscilantes de agua, y otros.

Los absorbedores de punto (por ejemplo la boya de OPT) utilizan el efecto antena para aumentar la captura energética cuando el dispositivo está sintonizado por sus características de masa, muelle y amortiguación. Generalmente este tipo de dispositivo utiliza movimientos verticales de un cuerpo de menos de 7 metros en diámetro para obtener energía. Este tipo de comportamiento se relaciona con un espectro de captura estrecho.

Los seguidores de contorno (el caso genérico es la "Balsa de Cockerell") utilizan movimientos angulares de cuerpos más largos para obtener su energía. El espectro de captura donde el sistema se sintoniza con el oleaje suele ser más amplio que en los absorbedores de punto. Al sintonizarse con el oleaje incidente, el sistema responde con amplitud máxima, consiguiéndose de esa manera maximizar la captura energética. Estos sistemas son más grandes y tienen la desventaja respecto a los absorbedores de punto de que tienen que orientarse en la dirección de la ola predominante.

Los tipos de sistemas anteriores presentan cada uno el inconveniente de: o bien sintonizarse con la ola en un punto con movimientos lineales con un rango frecuencial de captura estrecho, o bien requerir orientarse en la dirección predominante de las olas. Es, por tanto, de interés proveer un sistema que permita aprovechar las ventajas de los absorbedores de punto y de los seguidores de contorno reduciendo los inconvenientes mencionados.

Un sistema tal que cumpla esto se describe a continuación.

Descripción de la invención

El aparato de la invención es un sistema intermedio entre los dos tipos anteriormente mencionados, tiene características de absorbedor de punto (sistema que recoge la energía en un punto de la ola sintonizándose a la frecuencia de la ola para utilizar el efecto antena) y también tiene aspectos de seguidor de contorno (sistema con flotadores y bisagras que sigue el contorno de la superficie y extrae energía de los movimientos relativos entre diversos componentes). Esto permite absorber la energía de las olas más largas sin que la orientación del dispositivo hacia a la dirección de las olas sea un factor determinante.

El aparato de la invención contiene dos componentes básicos: el primero es una estructura central que soporta una serie de pétalos móviles orientados de forma radial y contiene el sistema de generación de electricidad, el segundo componente son los pétalos que van orientados de forma radial en la parte superior de la estructura. El movimiento angular relativo entre los pétalos y la estructura central se transmite por medio de un acoplamiento mecánico a un sistema de generación de energía eléctrica contenido en la estructura central.

Los pétalos van acoplados a la estructura central de forma que se mueven de forma rotacional respecto a una unión en forma de bisagra con eje horizontal, situado en la unión de cada pétalo con la estructura central. Esquemáticamente, los pétalos realizan movimientos de ascenso y descenso en dirección esencialmente paralela, al menos para pequeños giros, al eje longitudinal de la estructura central, que es vertical. Estos pétalos tienen una forma semi redondeada con cantos rectos en los puntos de acoplamiento a las bisagras. El volumen y grosor de cada pétalo disminuye cerca de la bisagra para disminuir los esfuerzos cortantes impuestos por la flotación del pétalo sobre la bisagra y aumentar los esfuerzos transmitidos a los generadores lineales.

Aunque se puede construir el pétalo completamente en acero naval, se considera hacerlo en goma, hypalon u otro elastómero, salvo la parte más próxima a la bisagra, donde se concentran los esfuerzos. Esto proporciona flexibilidad ante las olas y minimiza los impactos.

Para aumentar la inercia de los pétalos, están provistos de unos compartimentos que se pueden llenar de agua, lo que permite hundirlos hasta el nivel deseado y así sintonizar su movimiento al espectro energético del mar. La posición de estos compartimentos o tanques tiene su centro de gravedad entre el centro y el pico extremo (el más alejado de la bisagra) de los pétalos con objeto de aumentar la matriz de inercia y reducir la frecuencia natural de oscilación de los pétalos. Para dar flotación y forma se pueden llenar los espacios restantes de aire a presión, de forma parecida a las embarcaciones semi-rígidas.

La función básica de los pétalos es responder ante las variaciones de cota de la superficie del mar con movimientos angulares de ascenso-descenso para transmitir esfuerzo a una serie de generadores eléctricos lineales y convertirlo en energía eléctrica.

La estructura central es de un material rígido como acero naval o en algún caso aluminio. En la parte inferior tiene un plato reforzado de entre 8 y 20 metros de diámetro que se utiliza para aumentar la masa añadida y el amortiguamiento hidrodinámico. Esta pieza ralentiza los movimientos lo suficiente como para tratar la estructura central como sistema inercial y así obtener movimientos angulares relativos respecto de ella en los pétalos, para su posterior conversión en energía.

La estructura central consta de dos partes: una parte tubular inferior que va conectada al plato de fondo, y una pirámide invertida de tubos que soporta los pétalos. La parte inferior consiste en un tubo vertical de entre 0.5 y 2.5 metros de diámetro y una longitud que llega desde la base (sumergida entre 10 y 20 metros) y hasta el 50-80% del calado de dicha estructura. Dentro de este tubo se instala el sistema de generación de energía eléctrica, los circuitos y parte del lastre.

Una estructura de tubos en forma piramidal invertida conecta la parte tubular inferior de la estructura central con los ejes de los pétalos. Esta estructura tiene que tener la máxima resistencia mecánica y mínima superficie exterior para evitar el reflejo y la dispersión de la energía de las olas ya que está en la parte de máxima concentración energética.

Los ejes de los pétalos están situados en un mismo plano, idealmente horizontal, y forman en conjunto una línea poligonal virtual; en ellos se unen físicamente los pétalos a la estructura central, formando una articulación entre la estructura central y el pétalo. En la realización preferente forman un cuadrado en la parte superior de la estructura central. Cada eje soporta los elementos de rodadura, que en la realización preferente se conciben como rodamientos de contacto angular, por su gran capacidad para soportar carga radial al mismo tiempo que una carga axial menor aunque no despreciable.

Los rodamientos están conectados a una estructura reforzada en la base de los pétalos por medio de amortiguadores que reducen la concentración de esfuerzos permitiendo flexibilidad en la unión sin introducir ninguna fricción adicional.

La energía de los pétalos se transfiere por medio de un acoplamiento mecánico al sistema de generación de energía eléctrica localizado en la base de la estructura central. En la realización preferente se transfiere el movimiento hasta el sistema de generación de energía eléctrica con un sistema biela-manivela, utilizando una viga horizontal conectada rígidamente al pétalo que hace de manivela, la cual cruza hasta un punto de articulación con una viga vertical, que hace de biela, y que se une mediante una articulación al sistema de generación de energía eléctrica. Esta combinación permite convertir el movimiento angular del pétalo en movimiento de traslación en la estructura central, que es aprovechado por los sistemas de generación de energía eléctrica, de los que hay uno por cada pétalo.

En la realización preferente el sistema de generación de energía eléctrica es un generador eléctrico lineal. La parte móvil del generador lineal se encuentra unida... [Seguir leyendo]

1. Aparato flotante convertidor de la energía asociada a las olas del mar en energía eléctrica, caracterizado porque comprende: