SISTEMA DE GENERACIÓN DE ENERGÍA ELÉCTRICA A PARTIR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ.

Sistema de generación de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz.

Sistema de generación de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz caracterizado porque comprende, como mínimo, 1 módulo convertidor (1) compuesto al menos por:

1 Boya o recipiente flotante (2) que flota sobre la onda.

1 Barra de generación (3) que sirve de eje y guía para su desplazamiento a la boya anterior y que a la vez contiene en su interior los elementos de generación de la corriente eléctrica.

1 Cámara de flotabilidad y anclaje (4).

Cables de anclaje laterales (5) o al fondo marino.

Tubos de distribución de aire comprimido.

Todo lo anterior está conformado para que el movimiento ascendente y descendente de la boya accione, solidariamente hacia arriba y abajo también, el oscilador de un generador eléctrico de tipo lineal construido en el interior de la barra guía, e induciendo con ese movimiento una corriente eléctrica en el estator de ese generador, eliminándose de esta forma cualquier tipo de transformación mecánica intermedia que penalizaría el rendimiento de la máquina.

En conjunción con este módulo o conjunto de módulos convertidores existe un conjunto de cables, tanto de energía como de control, que conectan cada dispositivo con la sala eléctrica y de control (19) del sistema de generación.

Igualmente existe una red de tubos neumáticos que llevan el aire comprimido desde la sala eléctrica y de control hasta los distintos módulos convertidores.

Sistema de generación de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz.

Objeto de la invención

La presente invención tiene por objeto la extracción de la energía presente en el movimiento de las olas del mar, es decir el aprovechamiento de la energía undimotriz.

Antecedentes de la invención

La actual situación energética que estamos viviendo, con una escasez de recursos de productos fósiles llamados a desaparecer en un plazo de tiempo no demasiado dilatado, así como el alto grado de contaminación de CO2 yNOx y el efecto invernadero que producen, junto con el elevado riesgo que presenta el aprovechamiento de la energía nuclear y el problema que actualmente presenta el deshacerse de sus residuos, hacen que la Humanidad vuelva sus ojos hacia la utilización de las energías renovables, que la naturaleza ofrece de manera gratuita y abundante.

El Mar nos ofrece, entre otros, el aprovechamiento de dos tipos de energía, la Mareomotriz, que se basa en la conversión de la energía desarrollada por las mareas y un segundo tipo de energía, la Undimotriz, basada en la transformación de las fuerzas presentes en el movimiento de las olas.

Este último tipo de energía, la Undimotriz, por su constante presencia en su entorno (con mayor o menor potencia pero siempre presente) y bastante previsible (debido al conocimiento que se tiene sobre mareas, efectos del viento, influjo del Sol, etc.) a diferencia de otras energías renovables y limpias, como la Fotovoltaica, presente cuando brilla el Sol o la Eólica, que solo se produce cuando el viento sopla por encima de una determinada velocidad, ha reclamado, desde siempre, el interés de los investigadores a fin de poder satisfacer las demandas energéticas que el desarrollo de la Humanidad está requiriendo, cada vez, en mayor grado.

Son diversos los países que, desde hace mas de 30 años, están tratando de obtener un progreso significativo en la tecnología para la conversión en electricidad de este tipo de energía.

La altura media de ola en España es de 1 a 2, 5 metros, en función de la costa elegida, y su período, es decir, el tiempo que transcurre entre el paso de 2 crestas consecutivas por el mismo punto, también es variable (entre 3 y 12 segundos para las olas pequeñas y entre6y15segundos para las más altas.

Modelos de convertidores de olas ya existentes son:

- Sistema WAVEDRAGON, en Dinamarca.

- Sistema TAPCHAN, en Noruega.

- Portugal tiene en proyecto la construcción de 2 parques de olas, uno utilizando la tecnología PELAMIS y el otro, usando un convertidor OWC.

- Reino Unido comenzó, en 1.974, su interés por esta energía, investigando sobre el dispositivo conocido como PATO SELTER.

- Suecia tiene el primer absorbedor puntual conocido como IPS y otro en proyecto, conocido como HOUSE PUMP.

- Francia tiene una planta piloto en la isla de Pico, basado en la tecnología OWC.

- Italia ha desarrollado un nuevo dispositivo utilizando un convertidor giroscópico flotante.

- Australia, India, Japón, Estados Unidos, etc, se unieron hace mucho tiempo al grupo de países interesados en el aprovechamiento de este tipo de energía.

En España, el primer convertidor de olas instalado fue en la localidad de Sabon y era del tipo de columna de agua oscilante.

En la actualidad se están desarrollando dos importantes proyectos, uno en Santoña y el segundo, en Motrico. El primero utiliza la tecnología de boyas (OPT) y el segundo, el de columna de agua oscilante.

Todos los sistemas anteriores, excepto el OPT que utiliza un generador lineal, poseen una característica común y ésta es que la energía undimotriz se transforma primero en energía mecánica que, posteriormente, hace girar el rotor de un generador rotativo tradicional obteniéndose finalmente la energía eléctrica.

Los dispositivos utilizados para aprovechamiento de este tipo de energía marítima deberán estar diseñados de acuerdo con las características medioambientales de la zona y contingencias de la misma y no solo la agresividad química del medio, sino que debe contemplar otros valores como las condiciones de máxima amplitud de la ola, y también las mareas vivas que se produzcan en la zona y que, en caso de superarse esas condiciones, y puedan significar una situación peligrosa, el dispositivo se sitúe en una posición segura, en la que pueda verse libre de daños.

Descripción de la invención

El sistema descrito a continuación tiene como finalidad el aprovechamiento de la energía presente en las olas (Energía undimotriz) transformándola en Energía eléctrica, utilizando para ello un Módulo convertidor de energía undimotriz (1) .

Esencialmente este Módulo se compone, al menos, de:

- Boya (2) .

- Barra de generación (3) .

- Cámara de flotabilidad (4) anclada al fondo marino.

Y todos estos elementos configurados de manera que la Boya, que forma parte del Conjunto motriz (18) del Módulo y que se mueve en sentido vertical, teniendo como eje la Barra de Generación, crea un flujo de energía mecánica que arrastra, con movimiento lineal un elemento magnetizado, el Oscilador (20) cuyo campo magnético cortará un conjunto de Bobinas (16) de material conductor sobre las que inducirá una corriente eléctrica, convirtiéndose, de esta forma la energía undimotriz, primero en energía mecánica y, ésta, posteriormente en energía eléctrica.

Tanto el Oscilador (20) como las Bobinas (16) y el Núcleo estatórico (15) que forman parte del Generador eléctrico (19) , se encuentran localizados en el interior de la Barra de Generación, mantenida en posición vertical, dentro de la columna de agua, soportada por la Cámara de Flotabilidad.

Las características físicas de estos componentes del Módulo son las siguientes:

- La Boya (2) es una cámara estanca, una estructura autoportante, que se desliza, arriba y abajo, con movimiento lineal y alternativo, teniendo como eje la Barra de Generación (3) , que la atraviesa longitudinalmente.

- La Barra de Generación (3) es una estructura estanca y autoportante, que se mantiene, en posición vertical, simplemente apoyada en la parte superior de la Cámara de Flotabilidad mediante una Corona de acero (12) , fijada a la estructura de la Barra.

- La Cámara de Flotabilidad (4) es una cámara estanca, autosoportante, atravesada, como la Boya, de arriba abajo por la Barra de Generación, flotando en medio de la columna de agua, anclada mediante Cable de acero (6) al fondo marino y con Cable (5) también de Acero a otras Cámaras de flotabilidad próximas.

- Las tres partes anteriores (Boya, Barra de Generación y Cámara de Flotabilidad) además de por su ya indicada estanqueidad, se caracterizan porque son independientes entre sí, es decir no hay invasión de ninguna de ellas en el interior de las otras.

Las características funcionales de estos componentes son las siguientes:

- La Boya es la parte del Conjunto motriz (18) del Módulo Convertidor, que capta la energía de la Ola y que se desliza, flotando sobre ella teniendo como eje la Barra de Generación. La función de la Boya es aportar al sistema motriz del Módulo Convertidor un conjunto de Elementos férricos (7) que forman parte del sistema de transmisión del movimiento de la Boya a los sistemas dispuestos en el interior de la Barra de Generación.

- La función principal de la Barra de Generación es, además de servir de eje a la Boya, el contener en su interior el Generador Eléctrico de tipo lineal cuyo Conjunto Motriz (18) lo constituye la Boya indicada en el párrafo anterior y el Carretón de arrastre (9) con sus Electroimanes de tracción (8) .

Dentro de la Barra de Generación se encuentran situados los siguientes sistemas:

- Sistema de transmisión del movimiento de la boya al interior de la barra de generación.

- Sistema de generación eléctrica.

- Sistema de transmisión entre el carretón de arrastre y el generador eléctrico.

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1. Sistema de generación de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz caracterizado por comprender, como mínimo, un Módulo convertidor (1) compuesto, como al menos, por 3 cámaras estancas e independientes entre sí, siendo estas:

- Boya (2) que flota sobre la superficie del mar, siguiendo la ola.

- Barra de generación (3) , que atraviesa la Boya (y la sirve de guía) .

- Cámara de flotabilidad (4) , atravesada también por la Barra de Generación, y que está anclada al fondo marino mediante cable de acero (6) .

La Boya (2) , elemento motriz del Módulo, traslada su movimiento al interior de la Barra de Generación, sin que se produzca conexión física y tangible entre ambas, excepto los espaciadores que mantengan la interdistancia entre ambas, gracias a los esfuerzos electromagnéticos que unos Electroimanes de Tracción (8) situados en el interior de la Barra de Generación, ejercen sobre la Boya.

Este Sistema de transmisión del movimiento de la boya al interior de la barra de generación consiste en un conjunto de Electroimanes (8) denominados Electroimanes de tracción, montados sobre un Carretón de arrastre (9) situado dentro de la Barra de Generación que, cuando son energizados, crean sendos campos magnéticos que atraen a los Elementos férricos (7) fijados a la estructura de la Boya estableciéndose el nexo de unión que obligará al Carretón de Arrastre a seguir la trayectoria de la Boya. De esta forma, cuando los Elementos Férricos (7) de la Boya suban o bajen, siguiendo la tendencia de la ola, sufrirán el esfuerzo de atracción ejercido por los Electroimanes del Carretón de Arrastre en el mismo sentido de subida o bajada que lo haga la Boya.

La Barra de Generación (3) es una estructura estanca y autoportante, que se mantiene, en posición vertical, apoyada en la parte superior de la tercera cámara mediante una Corona de acero (12) , fijada a la estructura de la Barra.

Su función es, además de servir de eje a la Boya y al resto de los componentes del Conjunto Motriz (18) que forman parte del Sistema de transmisión del movimiento de la boya al interior de la barra de generación, el contener en su interior los sistemas que transforman la energía undimotriz en electricidad, tanto el Sistema de generación como el Sistema de transmisión de energía desde el carretón de arrastre al carretón de inducción.

El Sistema de generación lo constituye un Generador eléctrico (19) de Tipo lineal, situado en posición vertical dentro de la Barra de Generación, formado por 2 (dos) partes principales: el Oscilador (20) , que se mueve de forma lineal y el Estator, fijado a la estructura interior de dicha Barra de Generación.

El Sistema de transmisión entre el carretón de arrastre y el generador eléctrico puede ser, al menos, de tres tipos, aunque siempre de modo lineal:

Sistema de transmisión tipo “A”.

- La unión entre el Carretón de Arrastre (9) y el Carretón de Inducción (14) se realiza mediante un Eje rígido

(23) que los une y los hace solidarios el uno al otro.

Sistema de transmisión tipo “B”.

- La unión entre el Carretón de Arrastre (9) y el Carretón de Inducción (14) se realiza mediante Cable de acero (10) y Polea de suspensión (11) localizada en la parte superior de la Barra de Generación. El peso del Carretón de Arrastre y sus Electroimanes de Tracción se equilibra con el del Carretón de Inducción y sus electroimanes, o imanes permanentes, anulándose de esta forma los efectos gravitatorios que pudieran penalizar el rendimiento de la máquina.

- Los movimientos del Carretón de Arrastre y del Carretón de Inducción son antagónicos, es decir que cuando la Boya suba (y el Carretón de Arrastre con ella) , el Oscilador bajará, yalainversa.

Sistema de transmisión tipo “C”.

- La unión entre el Carretón de Arrastre (9) y el Carretón de Inducción (14) se realiza mediante Cable de acero (10) , Polea de suspensión (11) localizada en la parte superior de la Barra de Generación, Polea de reenvío (11a) y Muelle tensor (22) . El peso del Carretón de Arrastre y sus Electroimanes de Tracción se equilibra con el del Carretón de Inducción y sus electroimanes, o imanes permanentes, anulándose de esta forma los efectos gravitatorios que pudieran penalizar el rendimiento de la máquina. Con este sistema la Boya obligará al Oscilador a seguir sus movimientos tanto en el sentido de subida como de bajada, aunque como en el tipo “B” anterior, los movimientos del Carretón de Arrastre y del Carretón de Inducción son antagónicos.

La corriente producida en el Generador Eléctrico será tratada en cada Módulo Convertidor, para adaptarla a sus condiciones de uso, mediante un Sistema de conversión de la corriente eléctrica generada a las necesidades de la red, un Conjunto rectificador-ondulador (21) formado por rectificadores, diodos, onduladores y transformadores, que adaptarán la corriente eléctrica creada en las bobinas del Estator a las condiciones de tensión y frecuencia deseadas para su transporte hasta la Sala eléctrica y de control (31) .

El Módulo Convertidor estará dotado de un Sistema de protección activa que lo lleve a una posición segura cuando las condiciones del mar puedan suponer peligro para la integridad del equipo.

2. Sistema según Reivindicación 1 caracterizado por estar compuesto por una pluralidad de Módulos Convertidores (1) dispuestos en una geometría en planta cuadrada u ortogonal.

3. Sistema de generación de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz según Reivindicación 1 caracterizado porque la Barra de Generación y la Boya se mantienen en posición vertical soportadas por la Cámara de Flotabilidad.

4. Sistema de generación de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz según Reivindicación 1 caracterizado porque el Estator del Generador Eléctrico está compuesto por un Núcleo estatórico (15) de chapas de acero laminado que dispone de unas ranuras dentro de las cuales se insertan las Bobinas (16) del inducido.

5. Sistema de generación de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz según Reivindicación 1 caracterizado porque el Oscilador del Generador Eléctrico está compuesto por un conjunto de electroimanes, o imanes permanentes, (13) denominados Electroimanes, o imanes permanentes, de inducción montados sobre el Carretón de inducción (14) .

6. Procedimiento de conversión de energía undimotriz según reivindicación 1 caracterizado porque utiliza un sistema descrito en dicha reivindicación que transforma la energía undimotriz de las olas en energía eléctrica debido al movimiento continuo de los elementos que componen el sistema de captación de la energía, la Boya, y el sistema de transmisión “C” según la reivindicación 1, elegido. Esta conversión se realiza según las siguientes etapas:

- Elevación de la Boya, teniendo la Barra Generadora como guía hasta la cresta de la ola, lo que conlleva, si los Electroimanes de Tracción (8) están energizados, que el campo electromagnético que estos crean, atraigan a los Elementos Férricos (7) de la referida Boya y de esta forma el vínculo creado entre ésta y el Carretón de Arrastre hace que éste último la siga, en paralelo, hasta que alcanza, simultáneamente, la misma posición.

Al mismo tiempo que el Carretón de Arrastre asciende por el interior de la Barra de Generación, el Cable de acero (10) amarrado a la parte inferior del Carretón de Inducción, pasando a través de la Polea de Reenvío (11a) , obliga al Oscilador a seguir el sentido opuesto.

- Cuando la Boya, inicia su descenso hacia el valle de la ola, lo que conlleva, si los Electroimanes de Tracción

(8) están energizados, que el Carretón de Arrastre la siga, en paralelo, hasta que alcanza, simultáneamente, la misma posición.

Al mismo tiempo que el Carretón de Arrastre baja por el interior de la Barra de Generación, el Cable de acero (10) amarrado a la parte superior del Carretón de Inducción, pasando a través de la Polea de Suspensión (11) , obliga al Oscilador a seguir el sentido opuesto.

- Cuando el Oscilador está subiendo o bajando por el eje del Estator, los polos de sus Electroimanes (o imanes) de Inducción (13) crean unos circuitos magnéticos que, al cerrarse por el entrehierro y el núcleo férrico (15) del Estator, pasan a través de las Bobinas (16) del mismo, originando en ellas la corriente eléctrica lográndose así la conversión deseada del paso de la Energía undimotriz en energía eléctrica.

7. Sistema de generación de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz según Reivindicaciones 1 caracterizado por utilizar un Sistema de protección activa formado por una pluralidad de elementos incorporados en la Boya y en la Cámara de Flotabilidad.