DISPOSITIVO GENERADOR DE ENERGÍA ELÉCTRICA A PARTIR DE ENERGÍA UNDIMOTRIZ.

Dispositivo generador de energía eléctrica a partir de energía undimotriz que comprende un cuerpo flotante (1) con un espacio interior (1a) que aloja una masa inercial (7,

7a, 7b, 7', 7'', 10) conectada a un sistema de extracción de potencia y un dispositivo de anclaje (15), en el que la cara externa (5) la popa (2) del cuerpo flotante presenta un contorno convexo en forma de superficie de un primer segmento de cilindro rectangular transversal que se extiende entre lados opuestos de la popa (2), mientras que la cara externa (6) de su proa (3) presenta un contorno convexo en forma de superficie de un segundo segmento de cilindro rectangular transversal que se extiende entre lados opuestos de la proa (3), extendiéndose la cara externa (5) de la popa (2) a lo largo de un primer arco (α) de al menos 180º y la cara externa (6) de la proa (3) a lo largo de un segundo arco (β) de como máximo 90º.

Dispositivo generador de energía eléctrica a partir de energía undimotriz.

Campo de la invención 5

La presente invención se encuadra dentro del campo de los dispositivos generadores de electricidad marinos y, particularmente, en el de los dispositivos generadores de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz.

Antecedentes de la invención 10

Los dispositivos generadores de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz aprovechan la energía inherente en el oleaje en mares y océanos para generar energía eléctrica. Contrariamente a los dispositivos mareomotrices no aprovechan la diferencia energética entre marea baja y marea alta, sino el movimiento continuo de las olas marinas. 15

La investigación moderna sobre los medios de conversión del oleaje gravitacional debido al viento empezó en 1974 con una publicación de Salter (Salter, S. H. (1974) . Wave power. Nature, 249 (3) , 720–724. doi:10.1049/esej:20000303) . En este artículo, se presenta un dispositivo llamado DUCK. Este es un dispositivo que convierte la energía undimotriz en movimiento rotativo de cabeceo. La energía es extraída del movimiento de 20 cabeceo. Desde esta primera publicación, fueron concebidos un gran número de dispositivos de conversión de la energía undimotriz. Entre los dispositivos más relevantes pueden figuran el denominado PELAMIS descrito en "Yemm, R., Pizer, D., Retzler, C., & Henderson, R. (2012) . Pelamis: experience from concept to connection. Philosophical Transactions of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, 370 (1959) , 365–380. doi:10.1098/rsta.2011.0312", el dispositivo denominado OYSTER descrito en "Whittaker, T. J., Collier, 25 D., Folley, M., Osterried, M., Henr y , A., & Crowley, M. (2007) . The development of Oyster–A shallow water surging wave energy converter; Proceedings of the 7th European Wave and Tidal Energy Conference. Porto, Portugal", y las plantas tipo OWC descritas en "Heath, T. V. (2012) . A review of oscillating water columns. Philosophical transactions. Series A, Mathematical, physical, and engineering sciences, 370 (1959) , 235–45. doi:10.1098/rsta.2011.0164. Existen otros muchos sistemas con diferentes niveles de desarrollo. Se pueden 30 encontrar diferentes clasificaciones y tipos de tecnología en la publicación Falcão, A. F. D. O. (2010) . Wave energy utilization: A review of the technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 14 (3) , 899–918. doi:10.1016/j.rser.2009.11.003".

Entre los dispositivos generadores de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz existen dispositivos 35 inerciales como los que se describen en los documentos de patente US8269365B2 (Clement et al.) , US2013/033039A1 (Gordillo) y US2010/011539A1 (Paakinen) , tales como el dispositivo WELLO PENGUIN de la firma finlandesa WELLO OY y el dispositivo SEAREV, ambos dispositivos inerciales con masas internas solidas, o los dispositivos con masa de referencia constituida de agua tal como son los dispositivos como el denominado UGEN descrito en "Fonseca, N., & Pessoa, J. (2013) . Numerical modeling of a wave energy converter based on 40 U-shaped interior oscillating water column. Applied Ocean Research, 40, 60–73. doi:10.1016/j.apor.2013.01.002", en el documento PT105368B, y en la versión de desalinización del dispositivo denominado DUCK descrito en "Salter, S. H., Cruz, J., Lucas, J., & Pascal, R. (2007) . Wave powered desalination; Proceedings of the International Conference on Integrated Sustainable Energy Resources in Arid Regions. Abu Dhabi".

Convencionalmente, los dispositivos undimotrices extraen energía de las olas amortiguando el movimiento del dispositivo excitado por el oleaje. Para esto, se necesita una referencia cinética con el fin de obtener un movimiento relativo entre este cuerpo y un segundo cuerpo.

Los dispositivos inerciales suelen referirse a una categoría de dispositivo undimotriz que usa la energía generada 50 por la amortiguación del movimiento relativo entre el cuerpo principal del dispositivo y una masa interna asociada al dispositivo que actúa como referencia inercial. Esta masa puede ser un sólido o un líquido, y se puede usar la energía para generar electricidad u otros productos a exportar (agua desalinizada en el caso del dispositivo DUCK) .

El documento PT105368B relativo al dispositivo UGEN antes mencionado, describe un dispositivo dotado de una cámara con una columna de agua para producir energía, y se hace mención a una geometría específica del cuerpo flotante, describiéndose éste como asimétrico. Gracias a esta geometría el dispositivo flotante permite el acoplamiento con los movimientos de deriva y cabeceo.

El documento US20130033039A1 describe un dispositivo que utiliza el movimiento mecánico de un péndulo para la producción de energía. En este documento se mencionan las tres posibilidades de extracción de energía, mecánica, neumática e hidráulica, si bien no menciona la posibilidad de un dispositivo con la combinación de todos los métodos.

En la mayoría de los dispositivos actuales, el sistema de extracción de potencia (PTO - Power Take Off system) y

los equipos auxiliares están en contacto con el medio marino. Esto incrementa las posibilidades de corrosión, incrementando de este modo el coste de la operación y del mantenimiento (O&M) del dispositivo.

Por otra parte, el estado de la técnica presenta cuerpos flotantes cuya geometría externa es mejorable en cuanto a la extracción de la potencia inherente en la energía undimotriz. 5

Descripción de la invención

La presente invención tiene por objeto mejorar las cualidades de los dispositivos undimotrices del estado de la técnica mediante un dispositivo generador de energía eléctrica a partir de energía undimotriz que comprende 10

un cuerpo flotante con una popa, una proa, un fondo inferior que se extiende entre la popa y la proa, un ancho, un espacio interior y una base superior que se extiende entre la popa y la proa y una eslora definida entre un primer plano transversal que, visto de perfil, pasa por un punto extremo trasero a una altura intermedia de la popa, así como un segundo plano transversal que pasa por un punto extremo delantero en una parte superior de la proa; 15

una masa inercial seleccionada entre masas inerciales sólidas y masas inerciales líquidas, y combinaciones de tales masas, alojada en el espacio interior del cuerpo flotante de manera que es susceptible de mantener una posición inercial en el interior del cuerpo flotante cuando realiza movimientos oscilantes en respuesta a olas marinas;

un sistema de extracción de potencia conectado a un sistema generador de electricidad montado en el 20 cuerpo flotante, susceptible de generar energía eléctrica a partir de movimientos relativos entre la masa inercial y el dispositivo flotador;

al menos un dispositivo de anclaje conectable a un sistema de fondeo que permite que el cuerpo flotador mantenga su proa enfrentada a las olas y evita traslaciones del cuerpo flotador más allá de una distancia de una posición de fondeo predeterminada; 25

en el que

la popa comprende una cara externa que presenta un contorno convexo en forma de superficie de un primer segmento de cilindro rectangular transversal que se extiende entre lados opuestos de la popa; 30

la cara externa de la popa comprende un tramo convexo inferior y un tramo convexo superior que, vista en perfil lateral, se unen en el punto extremo trasero a la altura intermedia de la popa y se extienden desde allí cada uno en dirección a la proa;

la proa comprende una cara externa que presenta un contorno convexo en forma de superficie de un segundo segmento de cilindro rectangular transversal que se extiende entre lados opuestos de la proa; 35

la cara externa de la proa se extiende entre la parte delantera del tramo inferior y, vista en perfil lateral, el punto extremo delantero en la parte superior de la proa;

la cara externa de la popa y la cara externa de la proa se extienden entre un plano inferior y un plano superior coplanario con la base superior del cuerpo flotante;

la cara externa de la popa se extiende a lo largo de un primer arco de al menos 180O y la cara externa 40 de la proa se extiende a lo largo de un segundo arco de como máximo 90O.

La masa inercial localizada en el espacio interior del cuerpo flotante puede representar entre 20% y 40% en peso del volumen de agua marina desplazado por el dispositivo generador.

Estas características permiten el movimiento del cuerpo flotante en cualquier grado de libertad. Particularmente, la geometría del cuerpo flotante maximiza los movimientos de cabeceo,...

1. Dispositivo generador de energía eléctrica a partir de energía undimotriz que comprende

un cuerpo flotante (1) con una popa (2) , una proa (3) , un fondo inferior (4) que se extiende entre la popa (2) y la proa (3) , un ancho (A) , un espacio interior (1a) y una base superior (1b) que se extiende entre la popa (2) 5 y la proa (3) , y una eslora (L) definida entre un primer plano transversal (PT1) que, visto en perfil lateral, pasa por un punto extremo trasero (PET) a una altura intermedia de la popa (2) , así como un segundo plano transversal (PT2) que pasa por un punto extremo delantero (PED) en una parte superior de la proa (3) ;

una masa inercial (7, 7a, 7b, 7', 7'', 10) seleccionada entre masas inerciales sólidas (7, 7a, 7b, 7', 7'') y masas inerciales líquidas (10) , y combinaciones de tales masas, alojada en el especio interior (1a) del cuerpo 10 flotante (1) , de manera que es susceptible de mantener una posición inercial en el interior del cuerpo flotante (1) cuando realiza movimientos oscilantes en respuesta a olas (O) marinas;

un sistema de extracción de potencia conectado a un sistema generador de electricidad montado en el cuerpo flotante (1) , susceptible de generar energía eléctrica a partir de movimientos relativos entre la masa inercial (7, 7a, 7b, 7', 7'', 10) y el dispositivo flotador (1) ; 15

al menos un dispositivo de anclaje (15) conectable a un sistema de fondeo (14, 16) que permite que el cuerpo flotador (1) mantenga su proa (3) enfrentada a las olas (O) y evita traslaciones del cuerpo flotador (1) más allá de una distancia de una posición de fondeo predeterminada;

caracterizado porque

la popa (2) comprende una cara externa (5) que presenta un contorno convexo en forma de superficie 20 de un primer segmento de cilindro rectangular transversal que se extiende entre lados opuestos de la popa (2) ;

la cara externa (5) de la popa (2) comprende un tramo convexo inferior (5a) y un tramo convexo superior (5b) que, vista en perfil lateral, se unen en el punto extremo trasero (PET) a la altura intermedia de la popa (2) y se extienden desde allí cada uno en dirección a la proa (3) ;

la proa (3) comprende una cara externa (6) que presenta un contorno convexo en forma de superficie de 25 un segundo segmento circular rectangular transversal que se extiende entre lados opuestos de la proa (3) ;

la cara externa (6) de la proa (3) se extiende, vista en perfil lateral, entre la parte delantera del tramo inferior (4) y el punto extremo delantero (PED) en la parte superior de la proa (3) ;

la cara externa (5) de la popa (2) y la cara externa (6) de la proa (3) se extienden entre un plano inferior (PI) y un plano superior (PS) coplanario con la base superior (1b) del cuerpo flotante (1) ; 30

la cara externa (5) de la popa (2) se extiende a lo largo de un primer arco (α) de al menos 180O y la cara externa (6) de la proa (3) se extiende a lo largo de un segundo arco (β) de como máximo 90O.

2. Dispositivo, según la reivindicación 1, caracterizado porque

la popa (2) presenta una extensión longitudinal máxima entre el primer plano transversal (PT1) y un 35 tercer plano transversal (PT3) que pasa por un primer punto intermedio (PI1) que delimita el fondo inferior (4) frente a la popa (2) y por un segundo punto intermedio (PI2) que delimita la parte trasera de la base superior (1b) frente a la popa (2) ;

la base superior (1b) del cuerpo flotante (1) se extiende entre el tercer plano transversal (PT3) y el segundo plano transversal (PT2) ; 40

la proa (3) presenta una extensión longitudinal máxima entre el segundo plano transversal (PT2) y un cuarto plano transversal (PT4) que pasa por un tercer punto intermedio (PI3) que delimita el fondo inferior (4) frente a la proa (3) y por un cuarto punto intermedio (PI4) que delimita la base superior (1b) frente a la proa (3) ;

el fondo inferior (4) tiene una longitud (d) definida entre el tercer (PT3) y el cuarto plano transversal (PT4) . 45

3. Dispositivo, según la reivindicación 2, caracterizado porque la extensión longitudinal de la proa (3) es entre un 80% y un 150% mayor, preferentemente entre un 90% y un 120% mayor, y más preferentemente un 100% mayor, que la extensión longitudinal máxima de la popa (2) .

4. Dispositivo, según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque la longitud (d) del fondo inferior (4) es entre un 80% y un 30% menor, preferentemente entre un 60% y un 40% menor, y más preferentemente un 50% menor, que la extensión longitudinal máxima de la popa (2) .

5. Dispositivo, según la reivindicación 2, 3 ó 4, caracterizado porque el tramo convexo inferior (5a) de la cara 55 externa de la popa (2) tiene una altura seleccionada entre alturas mayores y alturas menores y una altura sustancialmente igual, que el tramo convexo superior (5b) .

6. Dispositivo, según la reivindicación 2, caracterizado porque

la cara externa de la popa (2) tiene una sección longitudinal semicircular con un primer radio (R1) 60 correspondiente a la extensión longitudinal máxima de la popa (2) ;

la cara externa de la proa (3) tiene una sección longitudinal de un segmento de un cuarto de círculo definido por un segundo radio (R2) correspondiente a la extensión longitudinal máxima de la proa (3) ;

el primer radio (R1) es menos largo, preferentemente el 50% menos largo, que el segundo radio (R2) .

7. Dispositivo, según la reivindicación 6, caracterizado porque la longitud (d) del fondo inferior (4) es menor,

preferentemente un 50% menor, que el primer radio (R1) .

8. . Dispositivo, según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la masa inercial representa entre 20% y 40% en peso del volumen de agua marina desplazado por el dispositivo generador.

9. . Dispositivo, según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la masa inercial sólida comprende al menos un péndulo principal (7) conectado a un eje transversal (9) dispuesto en el espacio interior (1a) del cuerpo flotante (1) , estando el eje transversal (9) a su vez conectado al sistema de extracción de potencia.

10. Dispositivo, según la reivindicación 9, caracterizado porque comprende al menos un péndulo adicional (7a, 7b) que tiene una masa menor que el péndulo principal (7') conectado al sistema de extracción de potencia, estando cada péndulo (7, 7a, 7b) conectado al sistema de extracción de potencia, mediante un eje transversal (9) seleccionado entre ejes transversales individuales para cada péndulo (7, 7a, 7b) , ejes transversales comunes que agrupan la conexión de al menos dos péndulos (7, 7a, 7b) , y combinaciones de tales ejes transversales. 15

11. Dispositivo, según la reivindicación 9 ó 10, caracterizado porque

el péndulo principal (7) está dispuesto entre al menos una pareja de péndulos adicionales (7a, 7b) dispuesta en el espacio interior (1a) del cuerpo flotante (1) ,

cada uno de los péndulos adicionales (7a, 7b) está conectado al sistema de extracción de potencia; 20

cada péndulo (7a, 7b) de cada pareja de péndulos adicionales (7a, 7b) tiene una masa menor que el péndulo principal (7) .

12. Dispositivo, según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque comprende un péndulo principal (7``) único libre de moverse en cualquier grado de libertad y conectado al sistema de extracción de potencia, 25 mediante un mecanismo conversor -9''-, de manera que el péndulo principal -7''- único transmite los movimientos del cuerpo flotante -1- causados por el oleaje al mecanismo conversor -9''-.

13. Dispositivo, según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende al menos un péndulo complementario (7') conectado a un eje longitudinal (9') dispuesto en el espacio interior (1a) 30 del cuerpo flotante (1) .

14. Dispositivo, según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque

la masa inercial líquida comprende una masa de líquido (10) confinada en al menos un módulo de tanque (11) que comprende un circuito cerrado anular (11a, 11b, 11c, 11d) que comprende un paso inferior (11a) 35 y un paso superior (11b) así como un paso trasero (11c) y un paso delantero (11d) a través de los que se comunican el paso inferior (11a) y el paso superior (11b) ;

la masa de líquido (10) forma una columna de agua contenida en el paso inferior (11a) , una parte inferior del paso delantero (11d) y una parte inferior de un paso trasero (11c) hasta un nivel de líquido (10a) ;

encima del nivel de líquido (10a) , el paso delantero (11d) y el paso trasero (11c) y el paso superior (11b) 40 están rellenos de gas;

el circuito anular (11a, 11b, 11c, 11d) se extiende longitudinalmente en el espacio interior (1a) del cuerpo flotante (1) entre la popa (2) y la proa (3) ;

la masa de líquido (10) se desplaza en el circuito cerrado anular (11a, 11b, 11c, 11d) hacia la popa (2) o hacia la proa (2) del cuerpo flotante (1) , en función a los movimientos oscilantes realizados por el cuerpo flotante 45 (1) en respuesta a olas (O) marinas;

el sistema de extracción de potencia comprende al menos una turbina seleccionada entre turbinas neumáticas (12) dispuestas en conexión neumática con un paso superior (11b) del circuito cerrado anular que está relleno de gas; turbinas hidráulicas (13) dispuestas en conexión hidráulica con un paso inferior (11a) del circuito cerrado anular, y combinaciones de tales turbinas. 50

15. Dispositivo, según la reivindicación 14, caracterizado porque

comprende una pluralidad de módulos de tanque (11) ;

al menos un módulo de tanque (11) contiene una masa de agua (10) mayor que la masa de agua (10) contenida en al menos otro módulo de tanque (11) ; 55

el volumen de la masa de agua (10) contenida en cada uno de los respectivos módulos de tanque (11) está adaptado a un tipo de oleaje particular cuyas olas (O) provocan los movimientos oscilantes del cuerpo flotante (1) ;

la conexión neumática comprende un sistema de conexión neumática seleccionado entre sistemas de conexión neumática individuales que conectan un módulo de tanque (11) con una sola turbina neumática (12) 60 individual, sistemas de conexión neumática comunes que conectan varios módulos de tanque (11) con una turbina neumática (12) compartida, y combinaciones de tales sistemas de conexión neumática; y

la conexión hidráulica comprende un sistema de conexión hidráulica seleccionado entre sistemas de conexión hidráulica individuales que conectan un módulo de tanque (11) con una sola turbina hidráulica (13) individual, sistemas de conexión hidráulica compartidos que conectan varios módulos de tanque (11) con una 65 turbina hidráulica (13) compartida, y combinaciones de tales sistemas de conexión hidráulica.