ES1302951U - Sistema de generación de energía mareomotriz de acción vertical - Google Patents

Abstract

Sistema de generación de energía mareomotriz de acción vertical, que comprende al menos una turbina (1) que presenta unas palas (4) helicoidales conectadas a un rotor cuyo eje está conectado a un generador de energía conectado a su vez a un grupo transformador (26) situado en superficie, caracterizado por que comprende unos medios de soporte de al menos un módulo (2) de generación de energía en una localización determinada dentro de una masa de agua, donde cada módulo (2) comprende - una turbina (1) de generación de energía situada con el eje en posición vertical, y; - unos medios de desplazamiento y guiado de la turbina (1) verticalmente entre una posición superior más próxima a la superficie de la masa de agua por debajo de la misma y una posición inferior más próxima al fondo de la masa de agua que comprenden - un dispositivo de guiado susceptible de permitir la caída libre vertical de la turbina (1) desde la posición superior hasta un elemento de frenado (3) dispuesto en el fondo de la masa de agua; - un dispositivo de izado vertical de la turbina (1) desde la posición inferior hasta la posición superior, y; - un mecanismo automático de activación de la caída libre y del izado de la turbina (1) cuando ésta llega a la posición inferior, de manera iterativa y continuada; donde la turbina (1) presenta una zona superior (1.1) de sección circular con una primera abertura (5) central de paso del agua en la que se encuentran las palas (4), y una zona inferior (1.2) con una segunda abertura (6) de paso descentrada, menor que la primera abertura (5), donde la zona inferior (1.2) está formada por una conducción forzada (7) de trayectoria helicoidal que conecta la segunda abertura (6) con las palas (4) helicoidales de la zona superior (1.1) de manera que la entrada de agua incide con una trayectoria transversal sobre dichas palas (4).

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de generación de energía mareomotriz de acción vertical

Campo técnico de la invención

La presente invención corresponde al campo técnico de los sistemas de generación de energía renovable, en concreto a un sistema de generación de energía mareomotriz, utilizando la energía procedente de grandes masas de agua y en este caso según la acción vertical de la misma.

Antecedentes de la Invención

En la actualidad existe una clara concienciación sobre la necesidad de dirigir nuestras acciones hacia un mundo más sostenible en el que se considere cada vez más el uso de energías renovables por encima del resto de energías.

En este sentido se está llevando a cabo una transición energética en la que se están realizando cambios en los modelos de producción, distribución y consumo de energía para hacerlos más sostenibles con el objetivo de transformar el actual sistema energético basado en los combustibles fósiles en un sistema energético basado en las energías renovables.

En consecuencia, el aumento poblacional, así como el de la actividad económica se traduce, entre otros, en una mayor demanda de energía eléctrica.

Todo ello ha derivado en numerosos estudios y aplicaciones que tratan de encontrar el modo de obtener energía utilizando fuentes renovables como es la energía solar, eólica, hidroeléctrica, mareomotriz, undimotriz... No obstante, hoy en día no es posible cubrir toda la demanda existente con la energía que se obtiene mediante estos sistemas por lo que sigue produciéndose y consumiéndose energía de fuentes no renovables.

Una de las causas que provoca esta baja producción de los sistemas de energía renovable es el hecho de que todos ellos precisan de la existencia de un recurso natural de forma constante, ya sea el sol en el caso de la energía solar, el viento en la energía eólica, las mareas en la mareomotriz, las olas en la undimotriz.

Dado que estos recursos naturales no son constantes en la naturaleza, no es posible una producción ininterrumpida de energía mediante los mismos.

Otro inconveniente que presentan es que no todos los lugares del planeta cuentan con estos recursos de forma suficiente y con la intensidad necesaria, por lo que son tecnologías no válidas para todas las partes del mundo.

El caso concreto de la energía mareomotriz utiliza la energía de las corrientes y mareas para producir energía eléctrica.

Actualmente existe una primera opción de sistemas de generación de energía mareomotriz con turbinas ancladas estáticamente según la dirección más frecuente de las corrientes, con lo cual si ésta cambia no se genera electricidad a través de las mismas y, una segunda opción en la que las turbinas son dinámicas y rotacionales, y suelen estar situadas en el fondo marino o de los ríos mediante una estructura de pilares o de flotantes y con las cuales se busca orientar la cara de la turbina según la dirección de la corriente. No obstante, todas ellas se encuentran paradas y sin producción de energía hasta que se dan las condiciones necesarias para que las corrientes puedan empujar las palas de la turbina.

Tal y como se ha mencionado, además existe el inconveniente de que este sistema no es aplicable a muchas zonas del planeta a pesar de contar con grandes masas de agua pues en el caso de los ríos se requiere de suficiente caudal e inclinación para conseguir hacer girar las palas de turbina, mientras que en el caso de mares y océanos, se precisa de corrientes o mareas que actúen de forma constante, por lo que en muchas ocasiones la cantidad de energía producida no hace rentable el sistema debido a los grandes costes de instalación.

Como ejemplo del estado de la técnica pueden mencionarse los documentos de referencia ES1060234 y el ES2157763.

En el caso del documento ES1060234 se define una central mareomotriz de acción vertical para la obtención de energía procedente de las mareas que presenta una serie de piletas en las que entra o sale el agua del mar a través de unas tuberías sensiblemente horizontales en el nivel de la marea baja, que se pueden abrir o cerrar según interese mediante unas compuertas. Cada una de estas piletas presenta un flotador unido mediante una barra a un émbolo que asciende y desciende verticalmente gracias a una guía apoyada en la base que tapa la pileta. De este modo, las subidas o bajadas del nivel del agua actúan sobre una serie de flotadores que en su movimiento ascendente o descendente producen el giro del eje de un generador de energía eléctrica o de varios acoplados entre sí.

Esta central presenta el condicionante de tener que instalarse en lugares en los que exista una gran variación entre la marea alta y la marea baja, pues cuanto mayor sea el recorrido del flotador ascendiendo y descendiendo mayor será el giro del eje y por tanto la producción de energía derivada del mismo.

Es un sistema limitado a las zonas con gran fluctuación de la marea y además, no presenta una producción continuada de energía eléctrica, pues los movimientos de la marea se producen de forma repetida con un período medio de 12,4 horas, por lo que el resto del tiempo no existe tal fluctuación y por tanto no hay producción de energía.

El documento de referencia ES2157763 define un generador de electricidad submarino constituido por un generador eléctrico de corriente alterna de inducido fijo e inductor móvil formado por un imán permanente de Alnico, Cunife y otras aleaciones de aluminio con carbono existentes en el mercado, que es accionado por un grupo bulbo, una turbina Kaplan o una turbina de hélice de palas orientables o fijas y que a través de un transformador elevador de tensión envía la energía a la red de líneas eléctricas existentes en tierra firme.

En este caso se trata de un sistema válido únicamente en los lugares en los que existen corrientes oceánicas, por lo que no es posible una instalación del mismo en cualquier ubicación en la que exista una demanda energética.

Es necesario por tanto, encontrar el modo de poder obtener energía eléctrica a partir de un recurso renovable como son las mareas o corrientes de agua pero sin depender de las fluctuaciones naturales de las mismas, de manera que se pueda producir electricidad de forma ininterrumpida.

Descripción de la invención

El sistema de generación de energía mareomotriz de acción vertical que aquí se presenta comprende al menos una turbina con unas palas helicoidales conectadas a un rotor cuyo eje está conectado a un generador de energía conectado a su vez a un grupo transformador situado en superficie.

Este sistema comprende unos medios de soporte de al menos un módulo de generación de energía en una localización determinada dentro de una masa de agua.

Cada uno de estos módulos comprende una turbina de generación de energía situada con el eje en posición vertical.

Además, cada módulo comprende unos medios de desplazamiento y guiado de la turbina verticalmente entre una posición superior más próxima a la superficie de la masa de agua por debajo de la misma y una posición inferior más próxima al fondo de la masa de agua.

Estos medios de desplazamiento y guiado están formados por un dispositivo de guiado, un dispositivo de izado y un mecanismo automático de activación.

El dispositivo de guiado es susceptible de permitir la caída libre vertical de la turbina desde la posición superior hasta un elemento de frenado dispuesto en el fondo de la masa de agua. Por su parte, el dispositivo de izado permite la elevación vertical de la turbina desde la posición inferior hasta la posición superior mientras que el mecanismo automático permite la activación tanto de dicha caída libre de la turbina como del izado de la misma cuando ésta llega a la posición inferior, de manera iterativa y continuada.

La turbina de cada uno de estos módulos presenta una zona superior de sección circular con una primera abertura central de paso del agua en la que se encuentran las palas, y una zona inferior con una segunda abertura de paso del agua descentrada, menor que la primera abertura.

A su vez, la zona inferior está formada por una conducción forzada de trayectoria helicoidal que conecta la segunda abertura con las palas helicoidales de la zona superior de manera que la entrada de agua presenta una trayectoria transversal sobre dichas palas.

Con el sistema de generación de energía mareomotriz de acción vertical que aquí se propone se obtiene una mejora significativa del estado de la técnica.

Esto es así pues se consigue un sistema con el que es posible la producción de energía eléctrica a partir del movimiento de una masa de agua a través de una turbina, pero en el que se intercambia la funcionalidad de los elementos que intervienen de manera que es la turbina la que se desplaza verticalmente en un movimiento ascendente y descendente, iterativo e ininterrumpido, de manera que la producción de energía es constante en el tiempo sin depender de la fluctuación de las mareas o de la existencia de corrientes de agua o de la dirección de las mismas. En este caso es el movimiento de la turbina respecto a la masa de agua el que genera el giro de las hélices al forzar el paso del agua a través de la misma mediante su desplazamiento vertical, no siendo necesario que existan corrientes o mareas.

El movimiento de descenso de la turbina se realiza por gravedad mientras que el movimiento de ascenso se produce gracias a un motor, cuyo consumo de energía se ve en parte compensado con la propia energía que produce la turbina mediante dicho ascenso, y es muy reducido el consumo a través del propio motor eléctrico. La producción de energía por el mismo es autónoma y continua, pues el sistema trabaja de forma ininterrumpida durante 24 horas todos los días. Únicamente se detienen para realizar labores de mantenimiento de las turbinas.

Además, dicho mantenimiento resulta sencillo, pues es posible elevar las turbinas por encima del nivel de la masa de agua para poder repararlas de forma cómoda, rápida y sencilla. Ello significa, además, que las grandes profundidades de un posible punto de instalación ya no van a suponer un problema ni unos costes excesivos, pues van a poder realizarse de una forma cómoda sin necesidad de grandes buques o grúas para elevar las turbinas desde el fondo.

De hecho, esta es una de las ventajas de este sistema, pues a mayor profundidad mayor es el tiempo que la turbina está trabajando y mayor es por tanto la producción de energía, siendo los costes de realizarlo a gran profundidad muy reducidos. Por tanto, la instalación a grandes profundidades a gran distancia de la costa ya no es un impedimento con este sistema aquí descrito.

Dado que es un sistema que no depende de la fluctuación de las mareas ni de la existencia de corrientes, no existe limitación para su instalación en cualquier lugar del planeta, siempre que exista una masa de agua, ya sea un río, un lago, un embalse, un depósito, el mar, los océanos... Además, puede generar energía eléctrica en una presa sin necesidad de tener que desaguar o abrir las compuertas de la misma.

Además, pueden instalarse mediante unos medios de soporte a base de flotadores en cualquier lugar de una masa de agua o bien, aprovechar estructuras existentes, como es el caso de los molinos eólicos marinos y anclar el sistema a la base del pilar de dicho molino, entre otros emplazamientos.

Es un sistema que permite su instalación donde más ventajas se puedan obtener, pues por ejemplo en el caso de su instalación en un embalse, puede ubicarse a pocos metros del dique de contención de la presa, que es donde mayor altura de agua existe. De este modo, al tener la turbina un mayor recorrido de ascenso y caída, la producción de energía es mayor.

En este caso además se puede conectar la energía producida por la turbina al transformador de la red eléctrica de la presa, aprovechando estas instalaciones y reduciendo los costes de instalación del sistema y cableado a grandes distancias.

Resulta un sistema flexible que puede adaptarse a las necesidades de la zona en la que se instala, de manera que, si existe una gran demanda de energía, es posible instalar un mayor número de módulos en un sistema, instalar varios sistemas interconectados entre sí, o incluso instalar turbinas con un mayor diámetro, adaptado a las necesidades concretas.

Resulta por tanto un sistema muy eficaz, práctico y competitivo, que permite la producción de energía de fuentes renovables de un modo continuo en cualquier lugar en el que exista una masa de agua con cierta profundidad.

Breve descripción de los dibujos

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se aporta como parte integrante de dicha descripción, una serie de dibujos donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Las Figuras 1.1 a 1.3.- Muestran una vista en alzado del módulo y sendas vistas en perspectiva y alzado de la turbina en posición de cierre de las pinzas para izado de la misma, en un sistema de generación de energía mareomotriz de acción vertical, para una primera realización preferida de la invención.

La Figura 2.- Muestra una vista en sección de una turbina en posición de cierre de las pinzas para izado de la misma, en un sistema de generación de energía mareomotriz de acción vertical, para una primera realización preferida de la invención.

Las Figuras 3.1 y 3.2.- Muestran unas vistas en perspectiva y alzado de una turbina en posición de apertura de las pinzas para caída libre de la misma, en un sistema de generación de energía mareomotriz de acción vertical, para una primera realización preferida de la invención.

La Figura 4.- Muestra una vista en sección de una turbina en posición de apertura de las pinzas para caída libre de la misma, en un sistema de generación de energía mareomotriz de acción vertical, para una primera realización preferida de la invención.

La Figura 5.- Muestra una vista en planta superior de una turbina de un módulo del sistema de generación de energía mareomotriz de acción vertical, para una primera realización preferida de la invención.

La Figura 6.- Muestra una vista en planta inferior de una turbina de un módulo del sistema de generación de energía mareomotriz de acción vertical, para una primera realización preferida de la invención.

Las Figuras 7.1 y 7.2.- Muestran sendas vistas en perspectiva y alzado de una secuencia del movimiento de una turbina en un módulo de un sistema de generación de energía mareomotriz de acción vertical, para una primera realización preferida de la invención.

Las Figuras 8.1, 8.2, 8.3 y 8.4.- Muestran unas vistas en perspectiva, planta superior, alzado y planta inferior, de los módulos de un sistema de generación de energía mareomotriz de acción vertical, para una segunda realización preferida de la invención.

Descripción detallada de un modo de realización preferente de la invención

A la vista de las figuras aportadas, puede observarse cómo en un primer modo de realización preferente de la invención, el sistema de generación de energía mareomotriz de acción vertical, que aquí se propone, comprende al menos una turbina (1) que presenta unas palas (4) helicoidales conectadas a un rotor cuyo eje está conectado a un generador de energía conectado a su vez a un grupo transformador (26) situado en superficie.

Este sistema comprende además unos medios de soporte de al menos un módulo (2) de generación de energía en una localización determinada dentro de una masa de agua.

En este primer modo de realización, como se muestra en las Figuras 1.1 a 6, el sistema comprende un único módulo (2) de generación.

En otros modos de realización preferida, el sistema puede comprender más de un módulo (2), como es el caso de un tercer modo de realización que se muestra en las Figuras 8.1 a 8.3, en el que existen cuatro módulos (2) dispuestos en los laterales de unos medios de soporte de forma cuadrada o incluso pueden ser varios sistemas formados por un módulo (2) cada uno de ellos, como es el caso del segundo modo de realización propuesto, que presenta 5 sistemas alineados y que está representado en las Figuras 7.1 y 7.2.

En cualquiera de los casos, cada uno de los módulos (2) comprende una turbina (1) de generación de energía situada con el eje en posición vertical y unos medios de desplazamiento y guiado de la turbina (1) verticalmente entre una posición superior, más próxima a la superficie de la masa de agua por debajo de la misma, y una posición inferior, más próxima al fondo de la masa de agua.

Estos medios de desplazamiento y guiado comprenden un dispositivo de guiado susceptible de permitir la caída libre vertical de la turbina (1) desde la posición superior hasta un elemento de frenado (3) dispuesto en el fondo de la masa de agua, un dispositivo de izado vertical de dicha turbina (1) desde la posición inferior hasta la posición superior y, un mecanismo automático de activación tanto de la caída libre de la turbina (1) como del izado de la misma cuando ésta llega a la posición inferior, de manera iterativa y automática.

Los elementos de frenado (3), en este primer modo de realización preferida, están formados por polietileno o un material similar resistente al desgaste que pueda resistir el continuo contacto con el agua, de manera que quede asegurada la durabilidad de los mismos y al mismo tiempo, logren su objetivo de reducir la velocidad de caída de la estructura de la turbina (1), frenándola e impidiendo que impacte con el fondo.

Por su parte, como se muestra en las Figuras 1.2, 2, 3.1 y 4, la turbina (1) presenta una zona superior (1.1) de sección circular con una primera abertura (5) central de paso del agua en la que se encuentran las palas (4), que puede observarse en la Figura 5, y una zona inferior (1.2) con una segunda abertura (6) de paso del agua descentrada, menor que la primera abertura (5), tal y como se muestra en la Figura 6.

Como puede observarse en las Figuras 1.3, 2, 3.2 y 4, la zona inferior (1.2) de la turbina (1) está formada por una conducción forzada (7) de trayectoria helicoidal que conecta la segunda abertura (6) con las palas (4) helicoidales de la zona superior (1.1) de manera que, cuando la turbina se desplaza en caída libre hacia el fondo, el paso del agua tras la entrada a través de dicha segunda abertura (6) presenta una trayectoria transversal sobre dichas palas (4). Esta forma permite que exista una menor fuerza de rozamiento, gracias en parte a la forma de la conducción forzada (7) que genera que el fluido pase de un movimiento vertical en la entrada inferior a un movimiento transversal cuando impacta sobre las palas (4) que va a generar un movimiento en forma de vórtice en la salida del fluido por la primera abertura (5), logrando a su vez un mayor giro de las palas (4) y una mayor facilidad de salida.

En este primer modo de realización preferente de la invención, como se muestra en la Figura 1.1, el dispositivo de guiado comprende sendos elementos longitudinales (9) con un extremo superior (9.1) fijado a los medios de soporte y un extremo inferior (9.2) fijado en el fondo de la masa de agua. Es en dicho extremo inferior (9.2) en el que se encuentra anclado el elemento de frenado (3).

El dispositivo de guiado comprende además sendos elementos de conexión de la turbina (1) a dichos elementos longitudinales (9) dispuestos en dos extremos (8) diametralmente opuestos de la misma tal que son susceptibles de permitir el deslizamiento de la turbina (1) a lo largo de dichos elementos longitudinales (9). También, gracias a los orificios (10) se permite el libre desplazamiento vertical de la turbina (1), a pesar de la existencia de corrientes y/u oleaje.

En este primer modo de realización preferida, como se muestra en las Figuras 1.1 a 1.3 y 2 a 4, los elementos longitudinales (9) están formados por dos cables de acero, mientras que los elementos de conexión en los laterales de la turbina (1) están formados por sendos conductos (10) de eje vertical que permiten el paso interior de uno de los cables respectivamente.

En este primer modo de realización preferente de la invención, el dispositivo de izado comprende una barra (11) horizontal conectada en su centro a una primera bobina (12) conectada a un motor (13) y fijada a los medios de soporte sobre la superficie de la masa de agua. La conexión a la primera bobina (12) se realiza mediante un primer cable (14), como se muestra en las Figura 1.3 y 3.2.

El primer cable (14) se enrolla por encima de la primera bobina (12) permitiendo que tenga una altura máxima que permite que la turbina (1) pueda quedar por encima de la superficie del agua para realizar las labores de mantenimiento, si se iza al máximo.

Dicho dispositivo de izado comprende además sendos segundos cables (15) que presentan un extremo superior (15.1) de conexión a un extremo de la barra (11) horizontal respectivamente y un extremo inferior (15.2) que presenta una pinza (16) elevadora, y sendas anillas (17) fijadas en la cara superior de la turbina (1), en los extremos (8) diametralmente opuestos, de manera que las pinzas (16) elevadoras son susceptibles de permitir el izado de la turbina (1) para una posición de cierre sobre las anillas (17) y son susceptibles de permitir la caída libre de la turbina (1) para una posición de apertura de las mismas.

En otro modo de realización preferente de la invención, el sistema puede comprender un número par de módulos (2) que están conectados por parejas mediante un sistema de poleas. En este caso ambos módulos (2) de una misma pareja presentan el primer cable (14) del dispositivo de izado de cada uno de ellos, conectado a un mismo motor (13), tal que cuando la turbina (1) de uno de los módulos (2) está en una posición de izado, la turbina (1) del módulo (2) asociado está en posición de caída libre.

Con esta opción, el movimiento de izado de la turbina (1) se realiza de forma simultánea al movimiento de caída libre de la turbina (1) asociada, y como están conectadas mediante el sistema de poleas, la fuerza que se ejerce en el primer cable (14) de la turbina en descenso va a generar una tensión vertical y hacia arriba en el primer cable (14) de la turbina emparejada, colaborando en el izado de la misma de manera que permite reducir la energía consumida por el motor (13) en dicho movimiento de izado. Y ello se repite en cada movimiento de izado de cada una de las dos turbinas (1) de cada pareja.

Según otro aspecto, el mecanismo automático de activación, en este primer modo de realización preferente de la invención, comprende una palanca (18) de apertura y cierre en cada una de las pinzas (16) elevadoras y unos topes de liberación (19) situados en el extremo superior (9.1) de los elementos longitudinales (9).

De este modo y como se muestra en las Figuras 1.1, 1.2, 1.3 y 2, la palanca accionadora (18) de apertura presenta una posición elevada cuando las pinzas (16) están cerradas y una posición descendida cuando están abiertas, según puede observarse en las Figuras 3.1, 3.2 y 4. Dicha palanca accionadora (18) está conectada con un interruptor (no representado en las figuras) de activación del motor (13) de la turbina (1) que activa el motor (13) de la turbina (1) a través de un cable de conexión (20). El descenso de la palanca accionadora (18) es el que activa el interruptor dando orden al motor (13) de que se produzca el descenso del primer cable (14) que sustenta la barra horizontal (11) y viceversa con el ascenso de la palanca accionadora (18) que activa el interruptor dando orden al motor (13) del ascenso del primer cable (14).

Así pues, en un primer momento, cuando se activa el izado de la turbina (1) mediante el accionamiento del motor (13), las pinzas se encuentran en una posición de cierre sobre las anillas (17) y la turbina (1) empieza a ascender debido a la acción del motor (13) de manera que la primera bobina (12) recoge el primer cable (14) produciéndose así el izado.

En el momento en el que la turbina (1) llega a su posición superior, como la palanca accionadora (18) está en posición elevada entra en contacto con los topes de liberación (19) y gira hasta una posición descendida generando que las pinzas (16) pasen a una posición de apertura y acciona al mismo tiempo el interruptor de activación del motor (13) para el descenso del dispositivo de izado.

Al abrirse las pinzas (16) la turbina queda libre iniciando de este modo su descenso por efecto de la gravedad. Al mismo tiempo, al haber descendido la palanca accionadora (18), se da orden al interruptor para que se active del motor (13) y se inicie el descenso del primer cable (14) para que las pinzas vayan descendiendo hasta el fondo. Dado que la turbina (1) presenta un peso mayor que este dispositivo de izado, va a llegar a su posición inferior antes que dicho dispositivo de izado.

En el momento en el que el dispositivo de izado alcanza la posición inferior de la turbina (1), el contacto de las pinzas (16) con las anillas (17) de dicha turbina (1) genera que dichas pinzas pasen a una posición de cierre alrededor de las anillas (17) con lo cual la palanca accionadora (18) gira hasta su posición elevada, accionándose de nuevo el interruptor de activación del motor (13), en este caso para iniciar el izado de la turbina (1). Cuando ésta llega a su posición superior se repite de nuevo el ciclo, de manera que se logra una producción de energía de forma automática e ininterrumpida.

El único momento en el que es necesaria la actuación manual de un operario es en el momento de inicio del proceso, en el que la turbina (1) se encuentra en su posición inferior, en el fondo de la masa de agua, apoyada sobre los elementos de frenado (3).

Así pues, el operario inicia el proceso mediante una bajada de la palanca accionadora (18), que genera la apertura de las pinzas (16) y el accionamiento del interruptor para la activación del motor (13) que inicia de este modo el descenso de las mismas hacia la turbina (1) situada en el fondo. El resto del proceso es completamente automático.

El interruptor de activación está ubicado junto a la palanca accionadora (18) y conectado mediante un cable de conexión (20) con las pinzas (16) y el motor (13). Este cable de conexión (20) se repliega o se extiende en una segunda bobina (24) sincronizada con la primera bobina (12) debiendo tener la segunda bobina suficiente longitud de cableado para abarcar la distancia desde el fondo de la masa de agua hasta la posición del motor (13) sobre los medios de soporte.

El ascenso y descenso de la turbina (1) se realiza sin que ésta se desvíe de la vertical, gracias al dispositivo de guiado, tal y como puede observarse en las Figuras 7.1 y 7.2, en las que se muestra la secuencia de movimiento de la turbina (1) en su etapa de izado. Así pues, de derecha a izquierda queda representado el primer momento en el que las pinzas (16) descienden en posición abierta sobre la turbina (1) que descansa en el fondo de la masa de agua. A continuación, estas pinzas (16) se cierran alrededor de las anillas (17) y se inicia el izado de la turbina (1) hasta la zona superior, en la que la palanca accionadora (18) entra en contacto con los topes de liberación (19) para provocar la apertura de las pinzas (16) con el consecuente descenso de la turbina (1) y el accionamiento del interruptor de activación del motor (13) para el descenso del dispositivo de izado.

Además, en este primer modo de realización preferente de la invención, las pinzas (16) están conectadas con los elementos longitudinales (9) mediante unas abrazaderas (21) correderas, para asegurar igualmente con la subida y bajada vertical del dispositivo de izado, que las pinzas (16) coincidan perfectamente con los topes de liberación (19) en el ascenso y con las anillas (17) de la turbina en el descenso, sin desviaciones respecto a su eje.

Durante el izado de la turbina (1), el fluido entra por la primera abertura (5) de la misma haciendo girar las palas (4) y con ellas el rotor conectado al generador, de manera que se genera una energía mínima que permite reducir el consumo del izado a través del motor (13) eléctrico.

Por otra parte, en el momento en el que se inicia el descenso de la turbina (1) por su propio peso, el fluido entra por la segunda abertura (6) y discurre hacia la primera abertura (5) a través de la conducción forzada (7) de trayectoria helicoidal de manera que el flujo de fluido impacta sobre las palas (4) con un movimiento transversal en lugar de axial, produciéndose un mayor impacto sobre las mismas, de manera que la fuerza cinética del impacto se transforma en un mayor empuje mecánico sobre las palas (4) que se traduce en una mayor energía mecánica del movimiento de giro de la turbina

La turbina (1) presenta una carcasa que mantiene el rotor, el bobinado con imanes, el estator y demás componentes, aislados del fluido. Por otra parte, el paso del fluido por el exterior de la carcasa permite la refrigeración del generador, evitando de este modo el sobrecalentamiento y colaborando en una mayor vida útil del mismo.

En este primer modo de realización preferente de la invención los medios de soporte están formados por una plataforma (22) horizontal rígida sujeta a una pluralidad de boyas (23) flotantes, tal y como se muestra en las Figuras 1.1, 1.3, 2, 3.2 y 4. Así mismo, en este caso, el motor (13), la primera bobina (12) y la segunda bobina (24) de cada dispositivo de guiado están fijados a la superficie superior de la plataforma (22) horizontal.

En este primer modo de realización, la plataforma (22) está formada por un material como polietileno o acero, suficientemente resistente a la corrosión y al desgaste, tanto del agua dulce como del agua salada. Deben ser materiales con un coeficiente de flotabilidad que permita sustentar y mantener a flote el peso de la propia plataforma (22) así como de las turbinas (1), los cables de acero, los motores (13) eléctricos, las primeras bobinas (12), las segundas bobinas (24), sistemas de cables de guiado y otros posibles elementos.

Para su instalación en el mar, es necesario igualmente realizar estudios de estabilidad en condiciones de oleaje adversas, por lo que hay que realizar un cálculo estructural que permita conocer el número de boyas (23) flotantes necesarias para que la integridad de la plataforma (22) no quede comprometida.

En este caso, la energía producida puede transferirse mediante un cable de corriente a una subestación cercana, si se trata de un sistema instalado próximo a una presa o una estación eléctrica próxima. Así pues, bastaría con trasladar la energía a un transformador en tierra resultando más económico que en el caso en que deba construirse un nuevo transformador e instalarse todo el cableado necesario, por lo que se ahorran costes de cableado para transportar dicha energía a grandes distancias y profundidades como suelen estar ubicados gran parte de los sistemas mareomotrices convencionales.

Según otro aspecto, este sistema de generación puede contar con una luz y un emisor de señal para evitar el naufragio de embarcaciones cuando está instalado en alta mar.

En otros modos de realización, los medios de soporte están formados por la base de un pilar de un molino eólico marino o estructura similar.

En este caso, tanto el motor (13) como la primera bobina (12) y la segunda bobina (24) de cada dispositivo de guiado están anclados al pilar de dicho molino, de forma simétrica y vertical al pilar, por encima de la superficie del agua, dejando una distancia de seguridad por posibles fuertes oleajes, para evitar que la maquinaria quede sumergida a causa de las olas, y con suficiente separación de las aspas del molino, de manera que permita la maniobrabilidad, el izado de los componentes de la turbina fuera del agua para las labores de mantenimiento.

Además, puede aprovecharse el sistema transformador del molino eólico y utilizarse el mismo así como el cableado ya instalado, para evitar tener que transportar la energía obtenida mediante el sistema a otro punto, con el consecuente ahorro de costes.

Para el caso en que los medios de soporte están formados por un molino eólico marino, teniendo en cuenta que normalmente la base del pilar es mayor a mayor profundidad, y dado que la turbina (1) de cada módulo debe realizar su desplazamiento de subida y bajada según una vertical, es necesario considerar que los elementos longitudinales (9) estén fijados al pilar del molino eólico en un punto del mismo por encima del nivel de la masa de agua mediante unas vigas que separan el extremo superior de los mismos del pilar, y donde los topes de liberación quedan situados al nivel de la superficie de la masa de agua.

En el primer modo de realización preferente de la invención, para aportar una mayor seguridad y estabilidad a la plataforma (22), los medios de soporte comprenden unos cables de seguridad (25) con un extremo superior fijado a la plataforma (22) horizontal y un extremo inferior anclado al fondo.

Así mismo, los elementos longitudinales (9) de este sistema presentan medios reguladores de su longitud cuando la masa de agua es susceptible de presentar variaciones de su profundidad. De este modo, se adecúa la longitud de estos elementos longitudinales (9), que están formados por cables en este primer modo de realización preferida, según la altura de la masa de agua, para que los cables se mantengan ligeramente tensados, pero con movilidad frente al oleaje o las corrientes.

En las Figuras 8.1 a 8.4, se muestra un segundo modo de realización preferida, en el que la instalación cuenta con un sistema que presenta cuatro módulos (2) todos ellos conectados a un mismo grupo transformador (26) en superficie.

Los cuatro módulos (2) están dispuestos en los cuatro laterales de una plataforma (22) de forma cuadrada de manera que el peso está distribuido de forma simétrica evitando cualquier posible vuelco por una mala distribución de pesos.

Las boyas (23) están dispuestas de la forma que se muestra en la Figuras 8.1 a 8.4 si hay 4 módulos (2) en la misma plataforma (22).

En los tres modos propuestos, la plataforma (22) horizontal presenta una cámara de aire interior para que no incremente el peso sobre las boyas (23) flotantes.

En otros modos de realización preferente de la invención, las boyas (23) están conectadas con la parte inferior de la plataforma (22) horizontal.

Así mismo, en otros modos de realización, el número de módulos (2) es par y cada uno de ellos está asociado a un módulo (2) pareja de manera que las turbinas (1) de ambos módulos (2) comparten la primera bobina (12) y el motor (13) de manera inversa, tal que cuando una de las turbinas (1) presenta un movimiento ascendente la turbina (1) del módulo (2) emparejado presenta un movimiento descendente.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES

   1- Sistema de generación de energía mareomotriz de acción vertical, que comprende al menos una turbina (1) que presenta unas palas (4) helicoidales conectadas a un rotor cuyo eje está conectado a un generador de energía conectado a su vez a un grupo transformador (26) situado en superficie, caracterizado por que comprende unos medios de soporte de al menos un módulo (2) de generación de energía en una localización determinada dentro de una masa de agua, donde cada módulo (2) comprende

   - una turbina (1) de generación de energía situada con el eje en posición vertical, y; - unos medios de desplazamiento y guiado de la turbina (1) verticalmente entre una posición superior más próxima a la superficie de la masa de agua por debajo de la misma y una posición inferior más próxima al fondo de la masa de agua que comprenden

   • un dispositivo de guiado susceptible de permitir la caída libre vertical de la turbina (1) desde la posición superior hasta un elemento de frenado (3) dispuesto en el fondo de la masa de agua;

   • un dispositivo de izado vertical de la turbina (1) desde la posición inferior hasta la posición superior, y;

   • un mecanismo automático de activación de la caída libre y del izado de la turbina (1) cuando ésta llega a la posición inferior, de manera iterativa y continuada; donde la turbina (1) presenta una zona superior (1.1) de sección circular con una primera abertura (5) central de paso del agua en la que se encuentran las palas (4), y una zona inferior (1.2) con una segunda abertura (6) de paso descentrada, menor que la primera abertura (5), donde la zona inferior (1.2) está formada por una conducción forzada (7) de trayectoria helicoidal que conecta la segunda abertura (6) con las palas (4) helicoidales de la zona superior (1.1) de manera que la entrada de agua incide con una trayectoria transversal sobre dichas palas (4).

   2- Sistema según la reivindicación 1, donde el dispositivo de guiado comprende sendos elementos longitudinales (9) con un extremo superior (9.1) fijado a los medios de soporte y un extremo inferior (9.2) fijado en el fondo de la masa de agua, con el elemento de frenado anclado en el mismo, y sendos elementos de conexión de la turbina (1) a dichos elementos longitudinales (9) dispuestos en dos extremos (8) diametralmente opuestos de la misma tal que son susceptibles de permitir el deslizamiento de la turbina (1) a lo largo de dichos elementos longitudinales (9).

   3- Sistema según la reivindicación 2, donde los elementos longitudinales (9) están formados por dos cables de acero y los elementos de conexión en los laterales de la turbina (1) están formados por sendos conductos (10) de eje vertical que permiten el paso interior de uno de los cables respectivamente.

   4- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el dispositivo de izado comprende una barra (11) conectada en su centro mediante un primer cable (14) con una primera bobina (12) conectada a un motor (13) y fijada a los medios de soporte sobre la superficie de la masa de agua, sendos segundos cables (15) que presentan un extremo superior (15.1) de conexión a un extremo de la barra (11) respectivamente y un extremo inferior (15.2) que presenta una pinza (16) elevadora, y sendas anillas (17) fijadas en la cara superior de la turbina (1), en los extremos (8) diametralmente opuestos, de manera que las pinzas (16) elevadoras son susceptibles de permitir el izado de la turbina (1) para una posición de cierre de las pinzas sobre las anillas (17), y son susceptibles de permitir la caída libre de la turbina (1) para una posición de apertura de las mismas.

   5- Sistema según la reivindicación 4, que comprende un número par de módulos (2) que están conectados por parejas mediante un sistema de poleas y donde ambos módulos (2) de una pareja de módulos (2) presentan el primer cable (14) del dispositivo de izado de cada uno, conectado a un mismo motor (13), tal que cuando la turbina (1) de uno de los módulos (2) está en una posición de izado, la turbina (1) del módulo (2) asociado está en posición de caída libre.

   6- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el mecanismo automático de activación comprende una palanca (18) accionadora en cada una de las pinzas (16) elevadoras que presenta una posición elevada cuando las pinzas (16) están cerradas y una posición descendida cuando están abiertas, donde cada palanca (18) accionadora está conectada con un interruptor de activación del motor (13) y con una segunda bobina (24), y unos topes de liberación (19) situados en el extremo superior (9.1) de los elementos longitudinales (9), de manera que cuando la turbina (1) está en su posición superior y la palanca (18) accionadora en posición elevada, ésta entra en contacto con los topes de liberación (19) de manera que la palanca (18) accionadora pasa a una posición descendida, las pinzas (16) pasan a una posición de apertura y queda accionado el interruptor de activación del motor (13) para descenso del dispositivo de izado, y cuando la turbina (1) está en la posición inferior y la palanca (18) accionadora en posición descendida, por el contacto de las pinzas (16) con las anillas (17) de la turbina, (1) la palanca (18) pasa a una posición elevada tal que las pinzas (16) pasan a una posición de cierre y queda accionado el interruptor de activación del motor (13) para el izado de la turbina (1).

   7- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde las pinzas (16) están conectadas con los elementos longitudinales (9) mediante unas abrazaderas (21) correderas.

   8- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de soporte están formados por una plataforma (22) horizontal rígida sujeta a una pluralidad de boyas (23) flotantes.

   9- Sistema según la reivindicación 8, donde la plataforma (22) horizontal presenta una cámara de aire interior.

   10- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 8 y 9, donde las boyas (23) están conectadas con la parte inferior de la plataforma (22) horizontal.

   11- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, donde los medios de soporte comprenden unos cables de seguridad (25) con un extremo superior fijado a la plataforma (22) horizontal y un extremo inferior anclado al fondo.

   12- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, donde el motor (13) y la primera bobina (12) de cada dispositivo de guiado está fijado a la superficie superior de la plataforma (22) horizontal.

   13- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, donde los medios de soporte están formados por la base de un pilar o elemento vertical de un molino eólico marino.

   14- Sistema según la reivindicación 13, donde el motor (13) y la primera y segunda bobinas (12, 24) de cada dispositivo de guiado están anclados al pilar o elemento vertical.

   15- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 13 y 14, donde los elementos longitudinales (9) están fijados al pilar o elemento vertical del molino eólico en un punto del mismo por encima del nivel de la masa de agua mediante unas vigas que separan el extremo superior de los mismos del pilar, y donde los topes de liberación (19) quedan situados por debajo del nivel de la masa de agua.

   16- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los elementos longitudinales (9) presentan medios reguladores de su longitud cuando la masa de agua es susceptible de presentar variaciones de su profundidad.

   17- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende varios módulos de generación de energía.

   18- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un dispositivo luminoso con carga solar y batería, y un emisor de señal susceptible de indicar la presencia de la plataforma flotante tanto visual como a través de radar.