CONVERTIDOR UNDIMOTRIZ DE COLUMNA DE AGUA OSCILANTE, OWC-DPST.

Convertidor de energía de las olas del mar, aprovechando la oscilación de la columna de agua para presurizar con aire un tanque acumulador (5) y provocar un vacío relativo en otro (12),

creando una presión diferencial entre ambos que da lugar a un flujo continuo de aire que mueve un grupo motor neumático - generador eléctrico. También puede disponerse un único tanque acumulador de aire a presión o con vacío relativo, trabajando el motor neumático entre este tanque y la presión atmosférica.

Convertidor undimotriz de columna de agua oscilante, OWC-DPST

Campo de la invención El objeto de la invención es un convertidor que aprovecha la energía de las olas del mar para convertirla en energía eléctrica. Construida una estructura, parcialmente sumergida, cerrada por la parte superior y abierta hacia el mar en la parte situada bajo el nivel del agua, en presencia de olas el nivel del agua dentro de la estructura seguirá las variaciones del nivel de las olas. Durante el movimiento ascendente de las olas, el aire que se encuentra atrapado dentro de la estructura, cámara, sufrirá una disminución de volumen y en consecuencia un aumento de presión. Cuando esta presión supere la presión existente dentro del tanque de aire de alta presión, fluirá el aire de forma natural a través de una válvula abierta que pone en comunicación la cámara con el tanque de alta presión. Análogamente, cuando empiece el movimiento descendente de la ola se producirá un progresivo aumento del volumen en la cámara y en consecuencia una disminución de la presión. Cuando la presión en la cámara sea inferior a la del tanque de baja presión, el aire fluirá de forma natural desde el tanque de baja presión, a través de otra válvula abierta, hacia la cámara, disminuyendo entonces la presión en el tanque de baja presión. Según se acaba de ver, se dispondrá entonces de dos tanques, uno con aire a alta presión y otro con una presión negativa relativa. Entre estos dos tanques existirá una presión diferencial y por tanto se puede colocar un ducto alojando en su interior una turbina que arrastra a un generador eléctrico. La presión manométrica en el Tanque acumulador de Alta Presión puede ser, orientativamente, 10.000Pa positivos, es decir, 10000Pa manométricos. La presión manométrica en el Tanque acumulador de Baja Presión puede ser, orientativamente, 10000Pa negativos, es decir, -10.000Pa manométricos.

Antecedentes de la invención La capacidad energética de las olas varía de unos lugares a otros. La fachada Atlántica de Europa es una zona privilegiada: su capacidad energética varía desde los 25 kW/m en las Islas Canarias hasta los 75 kW/m en Irlanda y Escocia. En todo el Cantábrico y Galicia supera los 40 kW/m.

El intento de aprovechar la energía de las olas no es reciente: en 1799 Girard patentó un primer dispositivo, pero ya en el siglo XIII, en China, ya empezaron a operar molinos por acción del oleaje. A principios del siglo XX, el francés Bouchaux-Pacei suministraba energía eléctrica a su casa en Royan mediante un sistema neumático parecido a las actuales columnas oscilantes. En esta misma época se prueban sistemas mecánicos en California, y en 1920 se ensaya un motor de péndulo en Japón. Desde 1921, el Instituto Oceanográfico de Mónaco utiliza una bomba accionada por las olas para elevar agua a 60 m con una potencia de 400 W. En el año 2002 el número de patentes para aprovechamiento de la energía de las olas superaba el millar.

Las centrales que obtienen energía del mar pueden hacerlo, entre otros métodos:

1º aprovechando la energía de las mareas (central mareomotriz) ,

2º aprovechando la energía de las corrientes de agua (de forma análoga a los generadores eólicos) y

3º aprovechando la energía de las olas (convertidor undimotriz, en ocasiones también llamado olamotriz) .

Dentro de estas últimas, las undimotrices, pueden clasificarse en cinco tipos:

1º flotadores,

2º depósitos,

3º balsas ó pontones,

4º dispositivos móviles articulados y

5º neumáticos.

A este último tipo, al que corresponde la presente invención, suele denominarse OWC (Oscillating Water Column) , dispositivo de columna de agua oscilante. Consiste en una estructura hueca, semisumergida y abierta al mar por debajo de la superficie libre del agua. La oscilación del oleaje produce variaciones en la presión del aire atrapado en el interior de la cámara. El aire, que es el fluido de trabajo, comprimido ó expansionado alternativamente, produce el movimiento de una turbina que arrastra al generador. Si bien algunos autores designan como OWC a convertidores que utilizan aire ó agua como fluido de trabajo, en la presente invención, como la mayoría de autores, con esta designación OWC se entenderá que se está hablando de instalaciones donde el aire es el fluido de trabajo.

El principio de operación de la columna de agua oscilante, OWC, fue inventado por el profesor Yoshio Masuda, un ex comandante naval japonés. Lo que ahora se conoce como OWC, se llamó en sus orígenes con el nombre de su inventor: “dispositivo Masuda”. A partir de 1960 desarrolla un sistema neumático para la carga de baterías en boyas de navegación, con una turbina de aire de 60 W.

En un convertidor OWC convencional actual, cuando hay oleaje, el nivel del agua en el interior de la cámara de compresión seguirá un movimiento alternativo ascendente y descendente. Mientras el movimiento es ascendente, el volumen de aire de la cámara disminuirá, y por tanto la presión subirá. El aire así comprimido fluirá en sentido ascendente, impulsando la turbina, que girará arrastrando al alternador. Cuando el movimiento de la superficie del agua dentro de la cámara es descendente, el volumen de la cámara de aire aumentará y en consecuencia la presión disminuirá por debajo de la presión atmosférica (en valor relativo se hará negativa) . Se producirá por tanto una succión y el aire fluirá a través de la turbina en sentido descendente, impulsando de nuevo a la turbia. Para que no se invierta el sentido de giro de la turbina al invertirse el flujo de aire se suelen montar unas turbinas de diseño especial, tales como las turbinas WELLS, cuyo principal inconveniente es su bajo rendimiento, variable según sea el flujo de aire.

Hasta el día de hoy, todos los OWC trabajan con los siguientes dos saltos de presión de aire:

A. Durante el período ascendente de la ola: Presión variable positiva en la cámara de compresión y presión atmosférica.

B. Durante el período descendente de la ola: Presión variable negativa en la cámara de compresión y presión atmosférica.

Esta es una de las diferencias fundamentales con respecto al convertidor objeto de la presente invención, donde el motor neumático (turbina) trabaja con un salto de presión constante que es la suma de ambos saltos (A + B) .

Descripción de la invención La invención se refiere a un convertidor de energía de las olas en energía eléctrica como el definido en el juego de reivindicaciones.

El convertidor de la invención obtiene un salto de presión, presión diferencial, que se mantiene sensiblemente constante dando lugar a un régimen de funcionamiento continuo, constante, en la turbina merced a la energía acumulada en los tanques acumuladores de presión.

Así, la invención se refiere a un convertidor de energía de las olas del mar, aprovechando la oscilación de la columna de agua para presurizar con aire un tanque acumulador y provocar un vacío relativo en otro, creando una presión diferencial entre ambos que da lugar a un flujo de aire que mueve un grupo motor neumático - generador eléctrico. También puede disponerse un único tanque acumulador de aire a presión o con vacío relativo, trabajando el motor neumático entre este tanque y la presión atmosférica. La presurización del Tanque acumulador de Alta Presión, TAP, se obtiene durante el movimiento ascendente de la columna de agua al comprimir el aire atrapado en la cámara encima de la superficie del agua a una presión superior a la existente en el interior del tanque de alta presión. Análogamente, el vacío relativo en el Tanque acumulador de Baja Presión, TBP, se provoca, mediante succión, durante el movimiento descendente de la columna de agua, dando lugar a un aumento de volumen y en consecuencia una bajada de presión en la cámara por debajo de la existente en el tanque de baja presión. También puede disponerse un único tanque acumulador de aire a presión o con vacío relativo, trabajando el motor neumático entre este tanque y la presión atmosférica.

Descripción de las figuras En la figura 1 se muestra, de forma simplificada, una sección transversal de un convertidor undimotriz convencional actual tipo OWC.

En la figura 2 se muestra, de forma simplificada, una sección transversal de un convertidor undimotriz de columna de agua oscilante con tanques acumuladores de aire a presiones diferentes, presión diferencial, (“OWC-DPST”) tal como la presente invención propone.

En la figura 3 se muestra, de forma simplificada, un esquema de un convertidor undimotriz de columna de agua oscilante con tanques acumuladores de aire a diferentes...

1. Convertidor undimotriz de columna de agua oscilante OWC-DPST que comprende: 1a) una turbina de aire (8) ; 1b) un generador eléctrico (10) acoplado a la turbina de aire (8) ; 1c) una cámara de columna de agua oscilante (15) configurada para:

1c1) generar una primera presión de aire en la cámara de columna de agua oscilante (15) durante un recorrido ascendente de un nivel de agua; 1c2) generar una segunda presión de aire en la cámara de columna de agua oscilante (15) durante un recorrido descendente de un nivel de agua;

caracterizado por que:

1d) la turbina de aire (8) está configurada para trabajar con un salto de presión constante, estable, determinado por una presión diferencial seleccionada entre: 1d1) la diferencia entre la primera presión y una presión atmosférica; 1d2) la diferencia entre una presión atmosférica y la segunda presión; 1d3) la diferencia entre la primera presión y la segunda presión.

2. Convertidor undimotriz de columna de agua oscilante OWC-DPST según la reivindicación 1 caracterizado por que comprende:

2a) un tanque acumulador de aire a presión alta TAP (5) ,

2a1) configurado para acumular aire a la primera presión, procedente de la cámara de columna de agua oscilante (15) durante un recorrido ascendente del nivel de agua;

2a2) que comprende una salida de aire a la primera presión (51) configurada para ser conectada a una entrada de la turbina (81) .

3. Convertidor undimotriz de columna de agua oscilante OWC-DPST según la reivindicación 2 caracterizado por que comprende:

3a) un tanque colector de alta presión TCAP (7) conectado entre la salida de aire a la primera presión (51) y la entrada de la turbina (81) .

4. Convertidor undimotriz de columna de agua oscilante OWC-DPST según cualquiera de las reivindicaciones 1-3 caracterizado por que comprende:

4a) un tanque acumulador de aire a presión baja TBP (12) ,

4a1) configurado para acumular aire a la segunda presión, succionado por la cámara de columna de agua oscilante (15) durante un recorrido descendente de un nivel de agua;

4a2) que comprende una entrada de aire a la segunda presión (121) configurada para ser conectada a una salida de la turbina (82) .

5. Convertidor undimotriz de columna de agua oscilante OWC-DPST según la reivindicación 4 caracterizado por que comprende:

5b) un tanque colector de baja presión TCBP (11) conectado entre la entrada de aire a la segunda presión (121) y la salida de la turbina (82) .

6. Convertidor undimotriz de columna de agua oscilante OWC-DPST según la reivindicación 1 caracterizado por que comprende: 6a) un tanque acumulador de aire a presión alta TAP (5) , 6a1) configurado para acumular aire a la primera presión, procedente de la cámara de columna de agua

oscilante (15) durante el recorrido ascendente del nivel de agua; 6b) un tanque acumulador de aire a presión baja TBP (12) ,

6b1) configurado para acumular aire a la segunda presión, succionado por la cámara de columna de agua oscilante (15) durante el recorrido descendente del nivel de agua;

6c) el tanque acumulador de aire a presión alta TAP (5) y el tanque acumulador de aire a presión baja TBP (12) están comunicados a través de la turbina de aire (8) .

7. Convertidor undimotriz de columna de agua oscilante OWC-DPST según la reivindicación 6 caracterizado por que comprende:

7a) un tanque colector de alta presión TCAP (7) conectado con el tanque acumulador de aire a presión alta TAP (5) ;

7b) un tanque colector de baja presión TCBP (11) conectado con el tanque acumulador de aire a presión baja TBP (12) ;

7c) el tanque colector de alta presión TCAP (7) y el tanque colector de baja presión TCBP (11) están comunicados a través de la turbina de aire (8) .

8. Convertidor undimotriz de columna de agua oscilante OWC-DPST según cualquiera de las reivindicaciones 2-7, caracterizado por que comprende un fondo (13) del tanque acumulador de aire a presión alta TAP (5) configurado para ser desplazado verticalmente en función de una altura de la marea.

9. Convertidor undimotriz de columna de agua oscilante OWC-DPST según cualquiera de las reivindicaciones 4-8, caracterizado por que comprende un fondo (13) del tanque acumulador de aire a presión baja TBP (12) configurado para ser desplazado verticalmente en función de una altura de la marea.

10. Convertidor undimotriz de columna de agua oscilante OWC-DPST según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizado por que comprende una barrera rectificadora (17) entre el convertidor y el mar, configurada para permitir un paso de un volumen de agua desde el mar hacia el convertidor cuando una ola se acerca al convertidor y dificultar un retorno al mar de dicho volumen de agua, reteniendo durante un tiempo un volumen de la ola en un nivel máximo.

11. Convertidor undimotriz de columna de agua oscilante OWC-DPST según la reivindicación 10, caracterizado por que la barrera rectificadora (17) es abatible.