ES2312294A1 - Apparatus to convert the energy of the surface in electricity. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
Aparato para convertir la energía del oleaje en electricidad.Apparatus for converting wave energy into electricity.
Se han desarrollado múltiples dispositivos para el aprovechamiento de la energía del mar y más concretamente de la energía de las olas.Multiple devices have been developed to the use of sea energy and more specifically of the Wave energy
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".The present invention is framed in this technical sector, in the case of a new device of the type of the so-called wave power generators, identified by the acronym "GEO".
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.GEOs are devices that transform the wave energy in other energy, usually electrical; also they must be able to resist the onslaught of the sea and function efficiently for wide frequency and amplitude ranges wave.
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.There are many GEO modalities that allow get wave energy, although, currently, it has not selected a concrete model for industrial development, it is In other words, they have not yet reached technological maturity.
En general, los GEO están fundamentados en una de las siguientes técnicas de absorción de la energía:In general, GEOs are based on a of the following energy absorption techniques:
- A.-TO.-
- Del empuje de la ola.Of the push of the wave.
- B.-B.-
- De la variación de la altura de la ola.From the variation of the height of the wave.
- C.-C.-
- Por la variación de la presión bajo la superficie de la ola.By the variation of the pressure under the surface of the wave.
Normalmente, existe una doble conversión energética, una conversión inicial o primaria, seguida de una conversión secundaria.Normally, there is a double conversion energy, an initial or primary conversion, followed by a secondary conversion
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.In the primary conversion, the energy of the wave is captured by mechanical, hydraulic or pneumatic systems, turning the swell into the movement of a body or the circulation of a fluid In the secondary conversion, the mechanical, hydraulic or pneumatic movements become Usable energy, usually in electrical energy.
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:There are a large number of devices designed for the use of this type of wave energy, in contrast with any other type of renewable energy. A Classification of current GEO devices is:
- \bullet?
- 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. Totalizers.- They are devices located perpendicular to the direction of advance of the wave and prepared to catch the wave, Storing water in an elevated dam. The stored water is later it passes through turbines.
- \bullet?
- 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. Pumping.- It is about systems that take advantage of the vertical movement of particles of water, to create a pumping system, using a float and an elastic hose.
- \bullet?
- 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. Hydraulics.- They are systems of floats connected to each other. The most popular is known as "Duck" or "Duck Salter". consisting of a float, whose narrower section faces the wave in order to absorb its Best possible movement.
- \bullet?
- 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. Oscillating column.- In these devices, the oscillation of water inside a chamber partially submerged and open below sea level, It produces a change in air pressure above water.
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- 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. Swingarms.-. The movement of balancing becomes, through a mechanical system or hydraulic, in a linear or rotary motion that is applied to a Electric generator. They can be both floating and submerged.
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.Within the general concept of the devices tilting, US Patent No. US4300871 describes an apparatus that is composed of a correlation of compartments arranged one followed by another along a support cable, incorporating each compartment a series of mechanisms gyroscopic An apparatus is known from the PCT WO2008 / 051642 which inside a spherical body incorporates a rotating pendulum that It drives an electric generator. Spanish patent 200402948, describes various designs of oscillating electric machines, appropriate for the transformation of the primary energy of the waves, directly, in electrical energy.
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.Obtaining energy from waves is the source emerging marine energy that is generating more interest in the countries that have this resource. Now, although it exists a high number of prototypes of different technologies in the phase of tests, a state of maturity has not been achieved so far enough for commercial developments, needing a strong impulse in R&D.
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.The medium power wave parks (from order of some megawatts), may be commercially exploited at medium term, while large (on the order of hundreds of megawatts) will be developed in the longer term.
Las mejoras que deben abordarse en los GEO, son:The improvements that must be addressed in GEOs, They are:
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- Su integración eficiente en la red eléctrica. Its efficient integration in the power grid
- \bullet?
- La mejora en los rendimientos de los equipos. The improvement in yields of the teams.
- \bullet?
- Su robustez, para poder soportar temporales extremos. Its robustness, to be able to withstand extreme weather
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.It is an apparatus for converting the energy of " offshore " waves into electrical energy. This device can operate both floating and submerged, with a relative inertial movement, based on a simple pendular system, which allows the direct conversion of wave energy into electrical energy, that is, there is no double energy conversion. All the elements of the energy converter are encapsulated and, therefore, without contact with the aggressive marine environment.
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.The device consists of an envelope waterproof, with a design that gives it an unstable character in the sense of the wave -heading-, so as to facilitate its oscillation. It also has a keel system, with a double object: on the one hand, dampen the balance movement perpendicular to the direction of the wave, and on the other, for convenient orientation of the envelope in order to obtain maximum energy from the surf; the latter, helped by the clamping system of the envelope to the sea floor.
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.The envelope is subdivided inside into two watertight compartments, upper one, in which they are installed all the components of the generation system, and the other lower, which forms an adjustable water tank, whose objective is to enhance the instability of the envelope and regulate its degree immersion
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.In the upper compartment there is a set of electric generators whose housings / stators go attached to the shell frame, while the rotors remain virtually fixed. The stators constitute the mobile part of the generators
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.The rotors together with counterweights go mounted, in solidarity, on an axis that can rotate freely with respect to the envelope by means of bearings; so that, by gravity, the whole axis-rotors-counterweights, tends to maintain an upright position, while the stator will swing together to the envelope by the action of the waves.
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.The generator set is complemented by a electric power conditioning system, consisting of rectifying equipment, energy storage and inverters, at whose output you get electric power to the voltage and low frequency industrial frequency (BT). A BT / MT transformer and a medium voltage cell (MT) allow the interconnection of various envelopes and the export of energy to the power grid by an underwater cable.
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.In this way the apparatus object of the present invention offers an embodiment in which the converter energy is encapsulated and, therefore, without contact with the aggressive marine environment.
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.In addition, the construction of the object of the invention is compact and robust, able to withstand temporary extreme sailors; while the unique conception of the generator electric allows high generation performance to be achieved to all wave regimes, which translates into some significant improvements compared to the solutions developed up to now.
La figura 1 muestra una perspectiva del objeto de la invención.Figure 1 shows a perspective of the object of the invention.
La figura 2 muestra la vista en alzado del objeto de la invención.Figure 2 shows the elevation view of the object of the invention.
La figura 3 muestra la vista lateral izquierda del objeto de la invención.Figure 3 shows the left side view of the object of the invention.
La figura 4 muestra la sección longitudinal A-A', indicada en la figura 3.Figure 4 shows the longitudinal section A-A ', indicated in figure 3.
La figura 5, muestra la sección transversal B-B', indicada en la figura 2.Figure 5 shows the cross section B-B ', indicated in figure 2.
La figura 6 muestra -en perspectiva y de forma esquemática- un parque de oleaje, constituido por varias unidades del objeto de la invención.Figure 6 shows - in perspective and shape schematic- a swell park, consisting of several units of the object of the invention.
Las figuras 4 y 5 detallan las secciones longitudinal y transversal de la invención, para el caso particular de cuatro unidades de generación eléctrica (GE); si bien, en general, podría contener mayor o menor número, de acuerdo con aspectos de viabilidad técnico-económica y valor del recurso del oleaje en el emplazamiento.Figures 4 and 5 detail the sections longitudinal and transverse of the invention, for the particular case of four power generation units (GE); yes well in In general, it could contain more or less number, according to aspects of technical-economic viability and value of the wave resource at the site.
El aparato objeto de la invención presenta una carcasa envolvente (19) que está dividida en dos compartimentos estancos. Uno, superior (22), ocupado por la sala de generación y que dispone de una puerta (21) de acceso al compartimiento (22), para su mantenimiento y puesta a punto. El segundo compartimiento (16), dispuesto en la parte inferior de la envolvente (19), queda separado del primero mediante un tabique horizontal (23). Este compartimiento inferior (16) se constituye en un depósito de agua marina regulable a través de una motobomba (18) y una entrada-salida (17) de agua al depósito (16). El depósito constituido por el compartimiento inferior (16) tiene por objeto potenciar la inestabilidad del aparato, así como permitir su inmersión a la profundidad establecida por un sistema de control de generación (10).The apparatus object of the invention has a enclosure (19) which is divided into two compartments tobacconists One, superior (22), occupied by the generation room and which has a door (21) to access the compartment (22), for maintenance and tuning. The second compartment (16), arranged at the bottom of the envelope (19), is separated from the first by a horizontal partition (23). This lower compartment (16) is constituted in a water tank marine adjustable through a motor pump (18) and a water inlet (17) to the tank (16). He deposit constituted by the lower compartment (16) has for object to enhance the instability of the device, as well as allow its depth immersion established by a control system generation (10).
Cada una de las unidades de generadores eléctricos (GE) funciona bajo del principio de estator/carcasa móvil y rotor prácticamente fijo. En efecto, la carcasa (1) del generador está sólidamente sujeta a la estructura de la envolvente (19) por medio de unos travesaños (3); por lo tanto, el estator constituye la parte móvil del generador.Each of the generator units Electrical (GE) works under the stator / housing principle mobile and virtually fixed rotor. Indeed, the housing (1) of the generator is firmly attached to the structure of the envelope (19) by means of crossbars (3); therefore the stator It constitutes the mobile part of the generator.
El rotor (2) de cada generador, constituye la parte fija del generador. Un eje (4) atraviesa toda la sección longitudinal del aparato, siendo solidario con los rotores (2) de los generadores y con unos lastres o contrapesos (5) que cuelgan de él. Dicho eje (4), está sujeto a la envolvente (19) mediante una estructura metálica radial (6) y dos apoyos extremos (7). El conjunto formado por el eje (4), los rotores (2) y los contrapesos (5) puede girar libremente a través de un conjunto de cojinetes dispuestos en las estructuras metálicas que lo soportan (6 y 7). De esta forma, el conjunto está sometido a la acción de la gravedad, tendiendo a permanecer en posición vertical, de forma independiente de la posición de la envolvente (19), que está sometida a la acción del oleaje.The rotor (2) of each generator constitutes the fixed part of the generator. An axis (4) crosses the entire section longitudinal of the apparatus, being integral with the rotors (2) of the generators and with weights or counterweights (5) that hang from he. Said axis (4), is attached to the envelope (19) by a radial metal structure (6) and two extreme supports (7). He set consisting of the shaft (4), the rotors (2) and the counterweights (5) can rotate freely through a bearing assembly arranged in the metal structures that support it (6 and 7). From this way, the whole is subjected to the action of gravity, tending to remain upright, independently of the position of the envelope (19), which is subjected to the action of the waves.
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 sentido del oleaje y la estabilizan frente al movimiento, no deseado, de balance perpendicular al oleaje. Por otra parte, el sistema de fijación de la envolvente al fondo marino, mantiene el correcto posicionamiento, e impide el contacto entre ellas, cuando forman parte de un parque de oleaje (Figura 6).The envelope (19) is provided with a pair of keels (24) and mooring eye bolts (20); the keels direct the envelope with the direction of the swell and the stabilize against unwanted balance movement perpendicular to the waves. Moreover, the fixing system of the envelope to the seabed, maintains the correct positioning, and prevents contact between them, when they form part of a swell park (Figure 6).
Los generadores tienen unos cables de salida eléctrica (8) que son de una longitud suficiente como para compensar las oscilaciones del estator, sin dañarse y se canalizan desde cada generador hasta el sistema de acondicionamiento de la energía eléctrica (9).The generators have output cables electrical (8) that are of sufficient length to compensate the stator oscillations, without damage and are channeled from each generator to the power conditioning system electric (9).
Por el régimen de funcionamiento oscilatorio de los generadores, su señal de salida es de amplitud y de frecuencia variables; por lo tanto, el sistema acondicionador de la energía eléctrica (9) consistirá en equipos rectificadores, almacenadores de energía y onduladores, cuya salida será energía eléctrica a la tensión y frecuencia industrial en BT. Un transformador trifásico BT/MT (11) acondicionará los parámetros de la potencia a los requeridos para la exportación de la energía. Cuando se trate de un parque de oleaje de varios GEO, cada envolvente dispondrá de una celda de MT, para la interconexión de los diversos GEO. La evacuación de la energía se realiza a través de un cable submarino (12).By the oscillatory operating regime of the generators, their output signal is amplitude and frequency variables; therefore, the power conditioning system Electric (9) will consist of rectifying equipment, storage of energy and inverters, whose output will be electrical energy to the industrial voltage and frequency in BT. A three phase transformer BT / MT (11) will condition the power parameters to the required for the export of energy. When it is a several GEO swell park, each envelope will have a MT cell, for the interconnection of the various GEOs. The Energy evacuation is done through an underwater cable (12).
Cada uno de los elementos del sistema de generación, dispondrá de los dispositivos correspondientes de protección, medida y control. En este sentido se ha previsto la existencia de un equipo de comunicaciones (13), con una antena emisora- receptora (14) para el control de generación. Asimismo, dispone de un control manual para ajuste y puesta a punto de todo el sistema.Each of the elements of the system generation, will have the corresponding devices of protection, measurement and control. In this sense, the existence of a communications equipment (13), with an antenna sender-receiver (14) for generation control. Likewise, It has a manual control for adjustment and tuning of everything the system.
El aparato dispone de balizas de señalización (15) para la indicación de su posición.The device has signaling beacons (15) for indication of its position.
El cabeceo de la envolvente (19), originado por el oleaje, produce un movimiento relativo entre el inducido y el inductor de los generadores alojados en su interior, generándose energía eléctrica.The pitch of the envelope (19), originated by the swell produces a relative movement between the armature and the inductor of the generators housed inside, generating electric power.
En el aparato generador de electricidad objeto de la invención, la transformación de la energía del oleaje en energía eléctrica es directa, es decir, sin dispositivo convertidor, mecánico, neumático o hidráulico, entre la envolvente (19) y los generadores eléctricos.In the object generating electricity apparatus of the invention, the transformation of wave energy into Electric power is direct, that is, without a device converter, mechanical, pneumatic or hydraulic, between the enclosure (19) and electric generators.
Por otra parte, la envolvente (19) irá anclada al fondo marino y tendrá la posibilidad de sumergirse parcial o totalmente; la inmersión parcial, para conseguir el máximo aprovechamiento para cada estado del mar, y la total, en previsión de los efectos catastróficos sobre los equipos, cuando se originen fuertes temporales que podrían ocasionar su deterioro, desamarre o, incluso, su destrucción.On the other hand, the envelope (19) will be anchored to the seabed and will have the possibility of submerging partially or totally; partial immersion, to achieve maximum use for each state of the sea, and the total, in anticipation of catastrophic effects on equipment, when they originate strong storms that could cause deterioration, unraveling or, even its destruction.
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