APARATO PARA CONVERTIR LA ENERGIA DEL OLEAJE EN ELECTRICIDAD.
Aparato para convertir la energía del oleaje en electricidad, que se constituye por una envolvente estanca (19), en cuyo interior quedan encapsulados unos generadores eléctricos cuyos estatores/carcasas (1) son solidarios a la envolvente (19);
mientras que sus rotores (2) y unos contrapesos (5) son solidarios con un eje (4), montado en el interior de la envolvente (19), a lo largo de ésta y con posibilidad de giro libre; de manera que, el movimiento de la envolvente (19) producido por el oleaje marino, se transmite a las carcasas/estator (1) de los generadores que se mueven con aquélla mientras que los rotores (2) permanecen casi fijos, al mantenerse posicionados en verticalidad por la acción de la gravedad
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200802191.
Solicitante: UNIVERSIDAD DE CANTABRIA (JOSE CARLOS GOMEZ SAL).
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: CANTABRIA.
Inventor/es: LAVANDERO GONZALEZ,JOSE CARLOS, EGUILUZ MORAN,LUIS IGNACIO.
Fecha de Solicitud: 18 de Julio de 2008.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 22 de Diciembre de 2009.
Clasificación Internacional de Patentes:
- F03B13/16 MECANICA; ILUMINACION; CALEFACCION; ARMAMENTO; VOLADURA. › F03 MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS; MOTORES DE VIENTO, DE RESORTES, O DE PESOS; PRODUCCION DE ENERGIA MECANICA O DE EMPUJE PROPULSIVO O POR REACCION, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR. › F03B MAQUINAS O MOTORES DE LIQUIDOS (máquinas o motores de líquidos y fluidos compresibles F01; motores de líquidos, de desplazamiento positivo F03C; máquinas de líquidos de desplazamiento positivo F04). › F03B 13/00 Adaptaciones de las máquinas o de los motores para una utilización particular; Combinaciones de las máquinas o de los motores con los aparatos accionados o que ellos accionan (si es el aspecto relativo a los aparatos lo que predomina, véanse los lugares apropiados para los aparatos considerados, p. ej. H02K 7/18 ); Estaciones motrices o conjuntos máquina-aparato (aspectos hidráulicos E02B; implicando nada más que máquinas o motores del tipo de desplazamiento positivo F03C). › Utilización del movimiento relativo entre un elemento desplazado por las olas y otro elemento.
Clasificación PCT:
- F03B13/16 F03B 13/00 […] › Utilización del movimiento relativo entre un elemento desplazado por las olas y otro elemento.
- H02K7/18 ELECTRICIDAD. › H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA. › H02K MAQUINAS DINAMOELECTRICAS (relés dinamoeléctricos H01H 53/00; transformación de una potencia de entrada en DC o AC en una potencia de salida de choque H02M 9/00). › H02K 7/00 Dispositivos para manipular energía mecánica estructuralmente asociados con con máquinas dinamo-eléctricas, p. ej. asociación estructural con un motores mecánico de arrastre o máquinas dinamoeléctrica auxiliares. › Asociación estructural de generadores eléctricos con motores de arrastre, p. ej. turbinas.
Fragmento de la descripción:
Aparato para convertir la energía del oleaje en electricidad.
Sector de la técnica
Se han desarrollado múltiples dispositivos para el aprovechamiento de la energía del mar y más concretamente de la energía de las olas.
La presente invención está enmarcada en este sector de la técnica, tratándose de un nuevo aparato del tipo de los denominados generadores energéticos del oleaje, identificados por el acrónimo "GEO".
Estado de la técnica
Los GEO son dispositivos que transforman la energía del oleaje en otra energía, normalmente eléctrica; además deben ser capaces de resistir los embates del mar y funcionar eficientemente para las amplias gamas de frecuencia y de amplitud de las olas.
Existen muchas modalidades de GEO que permiten obtener energía del oleaje, si bien, actualmente, no se ha seleccionado un modelo concreto para el desarrollo industrial, es decir, éstos aún no han alcanzado la madurez tecnológica.
En general, los GEO están fundamentados en una de las siguientes técnicas de absorción de la energía:
- A.- Del empuje de la ola.
- B.- De la variación de la altura de la ola.
- C.- Por la variación de la presión bajo la superficie de la ola.
Normalmente, existe una doble conversión energética, una conversión inicial o primaria, seguida de una conversión secundaria.
En la conversión primaria, la energía de la ola es captada mediante sistemas mecánicos, hidráulicos o neumáticos, convirtiendo el oleaje en el movimiento de un cuerpo o en la circulación de un fluido. En la conversión secundaria, los movimientos mecánicos, hidráulicos o neumáticos se transforman en energía utilizable, generalmente en energía eléctrica.
Existe un gran número de dispositivos diseñados para el aprovechamiento de este tipo de energía del oleaje, en contraste con cualquier otro tipo de energía renovable. Una clasificación de los dispositivos GEO actuales, es:
- Totalizadores.- Son dispositivos situados en perpendicularidad con respecto a la dirección de avance de la ola y preparados para atrapar la ola, almacenando el agua en una presa elevada. El agua almacenada se hace pasar después por unas turbinas.
- De bombeo.- Se trata de sistemas que aprovechan el movimiento vertical de las partículas del agua, para crear un sistema de bombeo, mediante un flotador y una manguera elástica.
- Hidráulicos.- Son sistemas de flotadores conectados entre sí. El más popular es el conocido como "Duck" o "Pato Salter". consistente en un flotador, cuya sección más estrecha se enfrenta a la ola con el fin de absorber su movimiento lo mejor posible.
- De columna oscilante.- En estos dispositivos, la oscilación del agua dentro de una cámara parcialmente sumergida y abierta por debajo del nivel del mar, produce un cambio de presión del aire por encima del agua.
- Basculantes.-. El movimiento de balanceo se convierte, a través de un sistema mecánico o hidráulico, en un movimiento lineal o rotativo que se aplica a un generador eléctrico. Pueden ser tanto flotantes como sumergidos.
Dentro del concepto general de los dispositivos basculantes, la Patente de Estados Unidos número US4300871 describe un aparato que se compone por una correlación de compartimentos dispuestos uno seguido de otro a lo largo de un cable de soporte, incorporando cada compartimiento una serie de mecanismos giroscópicos. Por el PCT WO2008/051642 se conoce un aparato que dentro de un cuerpo esférico incorpora un péndulo giratorio que acciona a un generador eléctrico. La patente española 200402948, describe varios diseños de máquinas eléctricas oscilantes, apropiadas para la transformación de la energía primaria de las olas, directamente, en energía eléctrica.
La obtención de energía de las olas es la fuente energética marina emergente que mayor interés está originando en los países que disponen de este recurso. Ahora bien, aunque existe un elevado número de prototipos de distintas tecnologías en fase de pruebas, no se ha logrado, hasta ahora, un estado de madurez suficiente para desarrollos comerciales, necesitando un fuerte impulso en I+D+i.
Los parques de oleaje de mediana potencia (del orden de algunos megavatios), podrán explotarse comercialmente a medio plazo, mientras que los grandes (del orden de cientos de megavatios) se desarrollarán a más largo plazo.
Las mejoras que deben abordarse en los GEO, son:
- Su integración eficiente en la red eléctrica.
- La mejora en los rendimientos de los equipos.
- Su robustez, para poder soportar temporales extremos.
Objeto de la invención
Se trata de un aparato para convertir en energía eléctrica, la energía del oleaje "offshore". Este aparato puede funcionar tanto flotante como sumergido, con un movimiento relativo inercial, basado en un sistema pendular simple, que posibilita la conversión directa de la energía de las olas en energía eléctrica, es decir, no existe una doble conversión energética. Todos los elementos del convertidor de energía están encapsulados y, por tanto, sin contacto con el agresivo medio marino.
El aparato se constituye por una envolvente estanca, con un diseño que le confiere un carácter inestable en el sentido de la ola -cabeceo-, de manera que se facilite al máximo su oscilación. Asimismo, dispone de un sistema de quillas, con un doble objeto: por una parte, amortiguar el movimiento de balance perpendicular al sentido de la ola, y por otro, para la conveniente orientación de la envolvente a fin de obtener la máxima energía del oleaje; esto último, ayudado por el sistema de sujeción de la envolvente al suelo marino.
La envolvente se subdivide en su interior en dos compartimentos estancos, uno superior, en el que van instalados todos los componentes del sistema de generación, y el otro inferior, que conforma un depósito regulable de agua, cuyo objetivo es potenciar la inestabilidad de la envolvente y regular su grado de inmersión.
En el compartimiento superior se aloja un conjunto de generadores eléctricos cuyas carcasas/estatores van unidas al armazón de la envolvente, mientras los rotores permanecen prácticamente fijos. Los estatores constituyen la parte móvil de los generadores.
Los rotores junto con unos contrapesos van montados, solidariamente, sobre un eje que puede girar libremente respecto de la envolvente mediante unos cojinetes; de manera que, por gravedad, el conjunto eje-rotores-contrapesos, tiende a mantener una posición vertical, mientras el estator basculará junto a la envolvente por la acción de las olas.
El aparato generador se complementa con un sistema acondicionador de la energía eléctrica, constituido por unos equipos rectificadores, almacenadores de energía y onduladores, a cuya salida se obtiene energía eléctrica a la tensión y frecuencia industrial en baja tensión (BT). Un transformador BT/MT y una celda de media tensión (MT) permiten la interconexión de varias envolventes y la exportación de energía a la red eléctrica mediante un cable submarino.
De esta forma el aparato objeto de la presente invención, ofrece una realización en la que el convertidor de energía esta encapsulado y, por lo tanto, sin contacto con el agresivo medio marino.
Además, la construcción del objeto de la invención es compacta y robusta, capaz de soportar temporales marinos extremos; mientras que la singular concepción del generador eléctrico permite que se alcance un alto rendimiento de generación a todos los regímenes de oleaje, lo que se traduce en unas importantes mejoras frente a las soluciones desarrolladas hasta ahora.
Descripción de las figuras
La figura 1 muestra una perspectiva del objeto de la invención.
La figura 2 muestra la vista en alzado del objeto de la invención.
La figura 3 muestra la vista lateral izquierda del objeto de la invención.
La figura 4 muestra la sección longitudinal A-A', indicada en la figura 3.
La figura 5, muestra la sección transversal B-B', indicada en la figura 2.
La figura 6 muestra -en perspectiva y de forma esquemática- un parque de oleaje,...
Reivindicaciones:
1. Aparato para convertir la energía del oleaje en electricidad, caracterizado porque se constituye por una envolvente estanca (19), en cuyo interior quedan encapsulados unos generadores eléctricos cuyos estatores/carcasas (1) son solidarios a la envolvente (19); mientras que sus rotores (2) y unos contrapesos (5) son solidarios con un eje (4), montado en el interior de la envolvente (19), a lo largo de ésta y con posibilidad de giro libre; de manera que, el movimiento de la envolvente (19) producido por el oleaje marino, se transmite a las carcasas/estator (1) de los generadores que se mueven con aquélla; mientras que los rotores (2) permanecen casi fijos, al mantenerse posicionados en verticalidad por la acción de la gravedad.
2. Aparato para convertir la energía del oleaje en electricidad, en todo de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque la envolvente (19) esta dividida en dos compartimientos superior e inferior, de los cuales el compartimiento superior (22) está ocupado por la sala de generación; mientras que el inferior (16) se constituye en un depósito de agua marina selectivamente regulable en su volumen, para potenciar la inestabilidad del aparato y permitir su inmersión a una profundidad establecida por el sistema de control de generación (10).
3. Aparato para convertir la energía del oleaje en electricidad, en todo de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque la envolvente (19) va provista de un par de quillas (24) y de unos cáncamos de amarre (20); las quillas direccionan la envolvente con el oleaje y la estabilizan frente al movimiento de balance perpendicular al sentido del oleaje; mientras que, el sistema de fijación de la envolvente al suelo marino, mantiene el correcto posicionamiento de la envolvente, e impide el contacto entre ellas, cuando forman parte de un parque de oleaje.
4. Aparato para convertir la energía del oleaje en electricidad, en todo de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque los generadores eléctricos, poseen unos cables de salida (8) de longitud suficiente como para compensar las oscilaciones de la carcasa/estator (1) de cada generador; dichos cables de salida eléctrica (8) están canalizados hasta un sistema (9) de acondicionamiento de la energía eléctrica, constituido por los correspondientes dispositivos rectificadores, almacenadores de energía y onduladores, a cuya salida se obtiene una energía eléctrica trifásica equilibrada de frecuencia industrial, en baja tensión.
5. Aparato para convertir la energía del oleaje en electricidad, en todo de acuerdo con la primera y cuarta reivindicaciones, caracterizado porque además del equipo (9) de acondicionamiento de la energía eléctrica se ha previsto la existencia de un transformador trifásico (11) y una celda de media tensión para acondicionar los parámetros de la potencia, la interconexión de envolventes y la evacuación de la energía eléctrica a través de un cable submarino (12).
6. Aparato para convertir la energía del oleaje en electricidad, en todo de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque dentro de la envolvente (19) irán dispuestos los correspondientes equipos de protección y medida, un equipo de comunicaciones (13) y un sistema de control de generación (10).
7. Aparato para convertir la energía del oleaje en electricidad, en todo de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque se ha previsto que incorpore una baliza de señalización (15) para la indicación de su posición en el mar.
8. Aparato para convertir la energía del oleaje en electricidad, en todo de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque, según una realización preferente, el eje (4) está sujeto a la envolvente (19) mediante una estructura radial (6) y dos apoyos extremos (7), en relación con los cuales se disponen cojinetes que posibilitan el libre giro del eje (4).
9. Aparato para convertir la energía del oleaje en electricidad, en todo de acuerdo con la primera y segunda reivindicaciones, caracterizado porque en relación con el compartimiento superior (22) de la envolvente (19) va dispuesta una puerta (21) para las labores de mantenimiento y puesta a punto.
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