Una estructura flotante para el aprovechamiento de la energía del oleaje,

que comprende múltiples cámaras independientes de columna de agua oscilante (CAO) (1) alineadas, abiertas por el fondo, estando cada cámara (1) comunicada por la parte superior con la atmósfera a través de un grupo turbo-generador formado por un conducto de aire (14), en cuyo interior se ubican una válvula de control del flujo de aire (16) y una turbina de aire auto-rectificadora (15) conectada a un alternador (17).

ESTRUCTURA FLOTANTE E INSTALACIÓN PARA EL APROVECHAMIENTO DE LA ENERGÍA DEL OLEAJE UTILIZANDO UN CATAMARÁN FLOTANTE CON VARIAS CÁMARAS DE COLUMNA DE AGUA OSCILANTE

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención pertenece al campo de los sistemas de conversión de energía de las olas. Más concretamente, la presente invención se refiere a un sistema de conversión de la energía del oleaje en mar abierto

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El aprovechamiento de la energía del oleaje en mar abierto se viene realizando desde la década de los 70 del siglo pasado mediante prototipos flotantes en superficie o sumergidos. Los sistemas de mar abierto flotantes se suelen clasificar por el modo en que atrapan la energía del oleaje en a) absorbedores puntuales, b) atenuadores y e) terminadores. Los absorbedores puntuales, tienen unas dimensiones horizontales muy pequeñas con respecto a la longitud de onda y atrapan el flujo de energía del oleaje que incide directamente sobre el absorbedor y por difracción, parte del flujo de las zonas adyacentes. Dado que el tamaño de estas estructuras es relativamente pequeño, su capacidad de producción también es relativamente baja, mientras que la multiplicidad de estructuras eleva considerablemente los costos de los anclajes. Los atenuadores, son estructuras flotantes alargadas con una eslora del orden de la longitud de onda del oleaje, mientras que la manga es relativamente reducida. Se orientan de manera que el eje longitudinal es paralelo a la dirección de propagación del oleaje. El flujo de energía es básicamente atrapado por difracción, a medida que el oleaje recorre

longitudinalmente el casco. De esta manera, los esfuerzos de arrastre generados por el oleaje son relativamente bajos y por

lo tanto lo son las necesidades de anclaje.

Finalmente, los terminadores, son estructuras flotantes con una dimensión longitudinal considerablemente mayor que la transversal y cuyo eje longitudinal es perpendicular a la dirección de propagación del oleaje. Dado que se enfrentan al oleaje, deben soportar grandes esfuerzos en temporales, por lo que los requerimientos de anclaje son muy elevados. Los sistemas de mar abierto flotantes en superficie necesitan para la captación de energía, amortiguar alguno de los seis modos de oscilación (tres desplazamientos y tres giros) que puede sufrir cualquier cuerpo flotante. Para hacer efectiva la citada amortiguación, una parte de la estructura flotante debe moverse con relación a otra, de manera que se pueda aplicar una amortiguación al movimiento. En la mayoría de los prototipos de extracción de energía del oleaje, las dos partes en movimiento forman parte de la estructura del captador.

directamente entre la estructura rígida del cuerpo flotante y el agua contenida en una cámara conectada con el exterior, de manera que se elimina la necesidad de tener dos partes rígidas unidas por el sistema de amortiguación. Dado que las velocidades del flujo de agua en la cámara son relativamente bajas para su conversión directa en energía, se atrapa en la cámara un volumen de aire, que hace de fluido energético, actuando la columna de agua como un pistón de doble acción, bombeando aire a través de las turbinas en la compresión y aspirando aire desde la atmósfera y a través de las turbinas hacia la cámara.

Si la estructura flotante es un absorbedor puntual de poca masa, el elevado empuje generado por la presión del aire

restringir la oscilación del cuerpo flotante en la dirección del movimiento de la columna de agua. Esta restricción se puede realizar de varias maneras: 1) mediante los anclajes de la boya al fondo, 2) Mediante placas estabilizadoras y 3) aumentando la masa de la estructura flotante. Todos los prototipos actuales de columnas de agua oscilantes flotantes utilizan la reacción de los anclajes para restringir la oscilación de la estructura. La razón de esta opción es que la masa necesaria para la restricción de la oscilación es muy elevada, lo que obligaría a una estructura de grandes

Una alternativa posible al aumento de masa es la instalación de las cámaras CAO en un atenuador, es decir en una embarcación anclada de manera que se oriente con su eslora paralela a la dirección de propagación del oleaje. Si la eslora es del orden de la longitud de onda del oleaje, cada cámara será puesta en carga por el oleaje con un desfase con respecto a las contiguas, de manera que en un momento determinado, unas cámaras están en succión y otras en compresión, compensándose los esfuerzos verticales y los momentos de cabeceo, minimizando de esa manera las oscilaciones de la estructura, que no necesita una masa extra

o la acción de los anclajes para su estabilización. Otra ventaja añadida es que los arrastres debidos al flujo del oleaje también se compensan parcialmente a lo largo del casco, por lo que los requerimientos de anclaje serán mucho menores

eléctrica: válvulas de control, turbinas, alternadores, electrónica de potencia y transformadores. Asimismo, la línea de transmisión a tierra será más económica al servir a una potencia mayor. En la actualidad existen varias patentes en las que se propone un atenuador flotante con varias cámaras OWC, (W02007131289

(Al) RU2330987 (C2) , R0120663 (Bl) JP3294663 (A) ) . Según todas las patentes se colectan los flujos de aire de las cámaras en conductos de alta y baja presión, que se conectan a través de una turbina. Esta disposición tiene varias desventajas frente a la instalación de una turbina en cada cámara, conectada directamente con la atmósfera: -Se hacen necesarias un par de válvulas de no retorno en cada cámara. Además, para aislar cada cámara y para controlar el movimiento de la columna de agua, se requieren dos válvulas de cierre. Las pérdidas de energía neumática en las válvulas son elevadas y el mantenimiento de las mismas es costoso.

Para que el diámetro de las turbinas de aire no sea demasiado elevado, se requiere que la diferencia de presión entre los conductos de alta y baja presión sea elevada. Esto obliga a que una cierta parte de la carrera de la columna de agua se pierda en la compresión y descompresión necesarias para superar la presión de los conductos. -Dado que las cámaras están conectadas con el exterior, se puede producir la entrada de aire desde el exterior, lo que puede descompensar el volumen de aire existente en el sistema. -Los conductos colectores tienen que ser de un diámetro muy elevado para reducir las pérdidas por rozamiento.

DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA INVENCIÓN.

l. Una estructura flotante para el aprovechamiento de la energía del oleaje caracterizada porque comprende:

múltiples cámaras independientes de columna de agua oscilante (CAO) (1) alineadas, abiertas por el fondo, estando cada cámara (1) comunicada por la parte superior con la atmósfera a través de un grupo turbo-generador formado por un conducto de aire (14) , en cuyo interior se ubican una válvula de control del flujo de aire (16) y una turbina de aire autorectificadora (15) conectada a un alternador (17)

2. Una estructura flotante según la reivindicación 1, donde cada válvula de control del flujo de aire está montada en una de las embocaduras del conducto de aire de cada grupo turbogenerador.

3. Una estructura flotante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde cada válvula de control del flujo de aire está controlada por un servoactuador y un PLC programable que determina la posición instantánea de la válvula de control en función del movimiento de la CAO.

4. Una estructura flotante según la reivindicación 3, donde el PLC determina la posición de cada válvula de control del flujo de aire de acuerdo con los siguientes programas: 1) en condiciones operativas, selecciona la amortiguación de la CAO que optimiza la producción de energía y evita las ingestiones de agua por el conducto cámara de CAO-turbina 2) en condiciones extremas, con el grupo parado, limita la oscilación de la CAO y permite la restauración del equilibrio en la misma en el caso de descarga de la CAO por comunicación del fondo con la atmósfera.

5. Una estructura flotante según cualquiera de las reivindicaciones 3 ó 4, que comprende un sistema de control del desplazamiento de la válvula de regulación del flujo de aire (16) y de la excitación del alternador, que es alimentado por la información proveniente de:

al menos un sensor de superficie libre (L) y de presión absoluta (P) , dispuestos en la cubierta de la cámara de CAO,

al menos un sensor de posición (X) situado en el eje del servoactuador (22) y la -al menos un sensor de velocidad de rotación (G) e intensidad

(I) y voltaje (V) de los alternadores (17) .

6. Una estructura flotante según cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, donde la válvula de control del flujo de aire (16) tiene forma tórica con sección transversal aerodinámica, encajando en el conducto de aire (14) del lado de la cámara de CAO, con el eje (23) del toro alineado con el eje (18) del conducto de aire (14) está motorizada y su desplazamiento es vertical, realizado por un servoactuador lineal eléctrico (22) dispuesto en el interior del bulbo inferior (21) del conducto de aire (14) .

7. Una estructura flotante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un sistema de fondeo por proa que permite la autoorientación de la estructura flotante paralelamente a la dirección de propagación del oleaje.

- distancia vertical entre la línea de flotación y el techo de la cámara de CAO, al nivel de los orificios de inserción del conducto de aire de los grupos turbo-generadores superior a 0.5 Hs95,

anchura transversal de las cámaras de CAO (1) superior a L/20, donde L y Hs95 son los siguientes parámetros del oleaje en el lugar de fondeo:

L: longitud de onda correspondiente al periodo medio anual del oleaje, Hs95: altura de ola significante no superada el 95% del tiempo en el lugar de fondeo

9. Una estructura flotante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además una sección de proa (45) y una sección de popa (46) , divididas al menos los siguientes niveles o cubiertas, de abajo arriba: sentina

( 6) , cubierta -2 (7) , cubierta -1 (8) , cubierta de máquinas

(9) la cual se extiende a lo largo de toda estructura flotante, y una cubierta superior exterior (10) .

10. Una estructura flotante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las cámaras de CAO (1)

están cerradas por la parte superior mediante una cubierta inclinada (2) que realiza la transición entre una sección de la cámara de CAO y un orificio circular (5) donde se inserta el conducto de aire de los grupos turbo-generadores.

11. Una estructura flotante según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un sistema de generación eléctrica auxiliar.

12. Una estructura flotante según la reivindicación 11, donde el sistema de generación eléctrica auxiliar comprende

generadores seleccionados entre eólicos, fotovoltaicos y combinaciones y un sistema de control de los mismos.

13. Una estructura flotante según cualquiera de las

reivindicaciones anteriores, que comprende un sistema de equipos de ayuda al mantenimiento.

14. Una estructura flotante según la reivindicación 13, donde el sistema de equipos de ayuda al mantenimiento comprende un

camarote, servicios higiénicos, armarios de herramientas y mesa de trabajo.

15. Una estructura flotante según cualquiera de las

reivindicaciones anteriores, que comprende una sala de 15 máquinas climatizada.

16. Una instalación para el aprovechamiento de la energía del oleaje caracterizada porque comprende una estructura flotante definida en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15.