ES1308608U - Mecanismo hidroeléctrico suplementario para un sistema externo de generación de energía renovable - Google Patents

Abstract

Mecanismo hidroeléctrico suplementario para un sistema externo de generación de energía renovable, donde el sistema externo está conectado a una red de suministro, caracterizado por que comprende una plataforma (3) de soporte con medios de flotación, y sobre la misma unos medios de alimentación auxiliares conectados a un transformador (11) conectado a su vez a la red de suministro y a unas baterías (30) para su recarga, donde el sistema externo está también conectado a dichas baterías (30) para su recarga en una primera situación de trabajo en la que el sistema externo produce un exceso de energía respecto a la demanda existente en la red de suministro y, al menos una unidad de turbinado, sumergida y fijada a la plataforma (3), donde cada unidad comprende - una primera conducción (1) por debajo del nivel de agua que presenta un primer tramo (4) vertical con un extremo superior (4.1) de entrada de un volumen de agua y un extremo inferior (4.2), un codo (5) de unión conectado a dicho extremo inferior (4.2) y un segundo tramo (6) con un primer extremo (6.1) conectado al codo (5) y un segundo extremo (6.2) opuesto, que presenta una pendiente y una sección decrecientes hacia el segundo extremo (6.2); - un dispositivo de control de la entrada de agua en la primera conducción (1) conectado a las baterías (30), susceptible de permitir y bloquear el paso del agua a través del extremo superior (4.1) de su primer tramo (4). de forma iterativa y continuada, para una segunda situación de trabajo en la que la capacidad de producción del sistema externo es insuficiente para abastecer la red de suministro; - una turbina (7) de eje vertical conectada al segundo extremo (6.2) del segundo tramo (6) de la primera conducción (1) tal que el agua incide transversalmente a las palas de la turbina (7), donde el eje (8) está conectado al rotor de un generador (9) situado en la plataforma (3) de soporte y conectado al transformador (11), y; - una conducción de descarga (10) conectada con el extremo inferior de la turbina (7); donde el mecanismo comprende al menos un depósito (12) conectado a la conducción de descarga (10) para recogida del volumen de agua que sale de la turbina (7), situado a una cola menor que la de la turbina (7) y que presenta medios de comunicación con la superficie exterior y medios de evacuación del agua en la primera situación de trabajo, hasta una cota superior a la de la lámina de agua y conectados a las baterías (30).

Description

DESCRIPCIÓN

Mecanismo hidroeléctrico suplementario para un sistema externo de generación de energía renovable

Campo técnico de la invención

La presente invención corresponde al campo técnico de las energías renovables, en concreto a un mecanismo hidroeléctrico suplementario para un sistema externo de generación de energía renovable.

Antecedentes de la invención

En la actualidad es sobradamente conocida la necesidad de hacer un mayor uso de las energías renovables, para poder combatir de este modo el cambio climático y ser más respetuosos con el media ambiente.

Todas las fuentes de energía renovable y en concreto la energía hidráulica, presentan ciertos inconvenientes que impiden una producción generalizada de energía mediante las mismas. Así pues, en el caso de la energía hidroeléctrica, el planeta dispone de recursos hídricos, tanto naturales como embalsados, que suponen una fuente inmensa para la posible producción de energía, no obstante, en la práctica aún no es posible cubrir los excesos de demanda ni se ha conseguido desplazar a otras fuentes no renovables.

Así pues, la energía hidroeléctrica presenta problemas como es el hecho de que es necesaria la existencia continuada y abundante de una masa de agua, que puede ser dulce o salada, pero en cualquier caso se precisa o bien la existencia de constantes precipitaciones en la zona o bien ser una zona costera, por lo que no puede aplicarse en todas las regiones del planeta.

En uno u otro caso, además de la presencia de una masa de agua cercana, se requiere de unas condiciones orográficas favorables para la construcción de embalses que permitan generar saltos de agua o desniveles con los que generar energía. Además, ello no exime del problema añadido en épocas de sequía, en las que, aun contando con un embalse, no existe nivel de agua suficiente para generar energía.

Así mismo, dada la escasez de agua en dichas épocas de sequía, no resulta apropiada la descarga de los volúmenes de agua existentes para generar energía, pues normalmente estos caudales se devuelven al cauce y continúan su recorrido aguas abajo, una vez generado el salto de agua.

Existen algunos casos en los que estos volúmenes de agua sí se recuperan en un embalse aguas abajo, pero los costes en infraestructuras para crear dicho embalse inferior y la posterior canalización para devolver estos volúmenes al embalse inicial son excesivos.

Como ejemplo de un sistema de este tipo puede mencionarse el documento de referencia ES2582311, en el que se requiere de un complejo, extenso y costoso entramado para conectar un embalse superior donde se descarga el agua acumulada al embalse inferior coincidiendo con momentos de elevada demanda energética o picos de consumo de electricidad. Por el contrario, cuando hay menos demanda energética o bajo consumo de la red eléctrica, el agua acumulada en el embalse inferior se bombea hasta el embalse superior, donde se retiene hasta un posterior uso.

Dicho sistema tiene varios inconvenientes, como es el hecho de que para hacer efectivo este proceso se deben aplicar alteraciones muy importantes y costosas en el terreno para crear los mencionados embalses, entre otros muchos efectos ambientales no deseados.

Por otra parte, los sistemas de generación de energía hidráulica presentan unas ubicaciones muy concretas, normalmente situados próximos a la costa o allí donde previamente existe un embalse con capacidad suficiente para obtener la energía necesaria, pero estos embalses son pocos en número y la mayoría de los núcleos de población se encuentran alejados de ellos, por lo que el coste de transporte de la energía hasta las zonas de consumo es elevado.

Además, tanto estos sistemas de generación hidroeléctrica como el resto de sistemas de generación eléctrica renovables, como es el caso de los sistemas eólicos, solares, mareomotrices y undimotrices (entre otros) requieren de la existencia continuada de condiciones climatológicas constantes, ya sea una gran masa de agua, viento, sol, corrientes o mareas y oleaje (en cada caso), que se caracterizan por no ser constantes en la naturaleza, por lo que no pueden asegurar una producción de energía limpia en todo momento y nutrir con ella de forma suficiente a núcleos de demanda energética, sin que tengan que recurrir a otras fuentes no renovables.

Uno de los retos a superar de los sistemas renovables convencionales actuales, es precisamente el de poder acumular los excedentes de energía renovable que no se haya consumido, para que cuando haya un repunte de consumo de energía renovable o se requiera de la misma, se pueda suministrar con facilidad sin tener que recurrir a otros modos de energía.

Hoy en día esta opción está muy poco desarrollada y los pocos avances al respecto se suelen usar para la acumulación energética tanto de granjas mareomotrices como para parques eólicos marinas, donde se instalan sistemas de baterías generalmente a grandes profundidades. Así mismo, dichas granjas y parques se ubican a mucha distancia de los núcleos de demanda, por lo que su acceso es muy limitado, mientras que su instalación, mantenimiento y transporte de energía es realmente costoso.

Existen algunos intentos de sistemas auxiliares con los que acumular excedentes de energía para consumirlos en perforados punta. Como ejemplo de estos sistemas puede mencionarse el documento de referencia US6861766 en el que se propone una instalación de generación de electricidad suplementaria mediante una central hidroeléctrica de acumulación por bombeo. Esta instalación comprende sendos depósitos de agua artificiales, superior e inferior, asociados a un conducto forzado y a una máquina hidroeléctrica reversible para suministrar electricidad suplementaria a una red de distribución de energía eléctrica utilizando la energía potencial del agua almacenada en el depósito superior, mientras que la energía necesaria para arrastrar la máquina hidroeléctrica que funciona como bomba, se obtiene a partir de una turbina eólica y, por lo tanto, no se extrae de la red, lo que reduce el consumo de electricidad obtenida mediante combustibles fósiles o de origen nuclear.

El coste económico y el impacto medioambiental de dicha instalación dedicada a la producción de energía eléctrica suplementaria es elevado teniendo en cuenta principalmente la necesidad de realizar una estructura suficientemente sólida como para soportar el depósito superior, así como que dicha ubicación suele estar alejada de núcleos de demanda energética, lo que suele encarecer el coste de transporte de la energía producida.

También en el documento US4443707 se plantea un sistema similar en el que fuera de los períodos de punta, la energía eléctrica de la red de distribución principal se utiliza para alimentar una bomba de elevación que permite reenviar hacia el depósito situado a un nivel superior el agua recuperada en un depósito situado a un nivel bajo, de forma que se reconstituya la energía potencial para el período de punta siguiente. Los depósitos superior e inferior están, generalmente, constituidos por estanques naturales tales como lagos o minas.

Estos sistemas se plantean para complementar los sistemas de generación de energía renovables actuales, diseñados según unos valores iniciales que pueden dejar de ser suficientes ante un aumento de la población que genera un aumento de la demanda energética, por lo que en estos casos se precisa completar las cantidades demandadas con producción de energía de otras fuentes.

De este modo, es necesario encontrar la manera de poder acumular energía renovable para cuando exista déficit de producción y que a su vez esté cercana y accesible para su consumo en aquellas zonas de demanda de energía limpia, evitando de este modo que se trate de suplir la demanda con otras fuentes contaminantes.

Por tanto, se requiere de un sistema auxiliar o suplementario alternativo que pueda aportar energía renovable a núcleos que demanden energía limpia cuando dichos factores climatológicos no existan o no tengan las condiciones mínimas para la producción de energía renovable, así como la capacidad de ir acumulando la energía potencial de forma próxima a los núcleos de demanda energética en aquellos mementos que no sea posible el acceso de energía limpia.

Descripción de la invención

El mecanismo hidroeléctrico suplementario para un sistema externo de generación de energía renovable, donde el sistema externo está conectado a una red de suministro, que aquí se presenta, comprende una plataforma de soporte con medios de flotación y sobre la misma unos medios de alimentación auxiliares conectados a un transformador conectado a su vez a unas baterías para su recarga y a la red de suministro y, al menos una unidad de turbinado sumergida y fijada a la plataforma.

Por su parte, el sistema externo también está conectado a estas baterías de manera que contribuyen a su recarga en una primera situación de trabajo en la que el sistema externo produce un exceso de energía respecto a la demanda existente en la red de suministro.

Cada una de estas unidades de generación de energía comprenden una primera conducción por debajo del nivel de agua que presenta un primer tramo vertical, con un extremo superior de entrada de un volumen de agua y un extremo inferior, un codo de unión conectado a dicho extremo inferior y un segundo tramo con un primer extremo conectado al codo y un segundo extremo opuesto, que presenta una pendiente y una sección decrecientes hacia el segundo extremo.

La unidad comprende además un dispositivo de control de la entrada de agua en la primera conducción, conectado a las baterías y susceptible de permitir y bloquear el paso del agua a través del extremo superior de su primer tramo, de forma iterativa y continuada, para una segunda situación de trabajo en la que la capacidad de producción del sistema externo es insuficiente para abastecer la red de suministro con energía renovable, bien por exceso de demanda o bien no se den las condiciones climatológicas mínimas para que el sistema externo pueda trabajar.

Así mismo, presenta una turbina de eje vertical conectada al segundo extremo del segundo tramo de la primera conducción tal que el agua incide transversalmente a las palas de la turbina, donde el eje está conectado al rotor de un generador situado en la plataforma de soporte. Este generador está conectado al transformador.

Presenta, además, una conducción de descarga conectada con el extremo inferior de la turbina.

El mecanismo comprende, por otra parte, al menos un depósito conectado a la conducción de descarga de cada unidad para recogida del volumen de agua que sale de la turbina, situado a una cota menor que la de la turbina y que presenta medios de comunicación con la superficie exterior y medios de evacuación del agua para la primera situación de trabajo, hasta una cota superior a la de la lámina de agua. Estos medios de evacuación están conectados a las baterías.

Tanto el sistema externo de generación de energía renovable como los medios de alimentación auxiliares que forman parte del mecanismo, mencionados en esta memoria, se refieren a todos aquellos sistemas conocidos o aquellos que se puedan implantar de generación de energía renovable como pueden ser sistemas solares, eólicos, mareomotrices, undimotrices (entre otros), que nutren a los núcleos de demanda de energética renovable, de manera que el mecanismo hidroeléctrico suplementario que aquí se presenta tiene el objetivo de servir de apoyo en el suministro del sistema externo en unas determinadas situaciones de trabajo.

Con el mecanismo hidroeléctrico suplementario para un sistema externo de generación de energía renovable que aquí se propone se obtiene una mejora significativa del estado de la técnica.

Esto es así pues es un mecanismo en el que no existe un consumo de agua propiamente dicho, pues el volumen de agua utilizado se libera nuevamente a la misma masa de agua pudiendo volver a utilizarse este mismo volumen de forma continua y repetida.

Además, el funcionamiento de este mecanismo no depende de factores climatológicos variables coma el viento, el sol, las mareas, oleaje..., como sí ocurre con los sistemas actuales, ni de determinadas condiciones orográficas (desniveles para la construcción de embalses) y permite su uso en cualquier época, incluidas las épocas de sequía, ya que al ser un mecanismo sobre una estructura flotante y al tener acceso a un mínimo volumen de agua sea dulce o salada para su funcionamiento, puede trabajar en todo momento que se requiera.

Como el mecanismo está sujeto a una plataforma con medios de flotación y las turbinas están situadas en una cota inferior, se crea un salto de agua artificial, dentro de la misma masa de fluido, de manera que la caída del agua por efecto de la gravedad en el interior del mecanismo acciona la turbina mediante el giro de sus palas y éstas hacen girar el rotor del generador, produciéndose de este modo energía. Por tanto, si su aplicación es en el mar no hacen falta ni diques, presas, depósitos o embalses superiores para retener el agua para su funcionamiento.

Por otra parte, una ventaja de este mecanismo es que permite su ampliación con tantas unidades como fuese necesario con las correspondientes medidas de separación y seguridad. De este modo, pueden funcionar al mismo tiempo varias unidades del mecanismo y así incrementar la potencia de forma constante trabajando en una misma área con el mismo fluido existente. Esto se observa si se opta por instalar este mecanismo en un embalse o similar con una central hidroeléctrica ya existente, como apoyo a la misma central, ya que el sistema puede trabajar en dicho emplazamiento evitando tener que abrir las compuertas y perder el agua acumulada río abajo.

Es un mecanismo flexible y totalmente modificable, cuyos parámetros, como por ejemplo el caudal y la altura, pueden ajustarse a la potencia deseada. De este modo, si se encuentra en un embalse o en una zona costera que cuentan con menor altura de la deseada, se puede compensar con un mayor caudal de paso de la tubería, aumentando su diámetro. Por el contrario, si la altura de la presa es suficientemente elevada o está instalado en mar abierto, se puede optar por un menor caudal de paso, pero a su vez compensando por la mayor altura.

Los medios de alimentación auxiliares del mecanismo están formados por un entramado de sistemas propios de energía renovables, como pueden ser placas solares y/o molinos eólicos u otros, que van a producir energía renovable. Es en el momento en el que existe un sobrante o excedente energético producido por el sistema externo que no consuman los núcleos de demanda energético, cuando dicho entramado de placas solares y/o molinos eólicos de la plataforma inician su funcionamiento para la recarga del conjunto de baterías del mecanismo, cuando a su vez se dan las condiciones climatológicas (viento, sol, oleaje...) necesarias para que tanto el sistema externo como los medios de alimentación auxiliares puedan funcionar. Esta es una primera situación de trabajo en la que se recargan las baterías en momentos de exceso de oferta de energía renovable y por tanto se asocia a menores precios de la electricidad.

El excedente de energía renovable acumulado en el conjunto de baterías se utiliza en el accionamiento del dispositivo de control del agua para iniciar o parar el turbinado, así como en la fase de vaciado del fluido acumulado tras el turbinado en el depósito inferior a través de los medios de evacuación, entre otros usos que se le pueda dar a dicho sobrante de energía renovable acumulado en el conjunto de baterías.

El accionamiento del dispositivo de control del agua para permitir el paso del agua para el turbinado se da en una segunda situación de trabajo en la que la demanda de energía renovable que requieren los núcleos de consumo energético es superior a la producción del sistema externo (lo que se asocia con mayores precios de la electricidad), o bien, las condiciones climatológicas no son apropiadas para que tanto el sistema externo como los medios de alimentación auxiliares puedan trabajar entonces, parte de la energía almacenada en las baterías se utiliza para poner en funcionamiento el mecanismo hidroeléctrico suplementario.

Para poner en funcionamiento este mecanismo, mediante la energía almacenada en las baterías se acciona el dispositivo de control de la entrada de agua permitiendo de este modo el paso del agua para hacer trabajar la turbina. Así, en la situación mencionada anteriormente, el mecanismo hidroeléctrico suplementario que aquí se propone entra en funcionamiento para aportar energía renovable a los núcleos de consumo energético en dichos momentos de escasez de energía renovable y así desincentivar que dichos núcleos de demanda busquen otras fuentes alternativas no renovables. Es por tanto en estos casos cuando el mecanismo puede ejercer de fuente auxiliar o suplementaria.

Una vez usado el fluido en el mecanismo, este permanece en reposo en el depósito inferior del mismo.

En el momento en que deja de existir una segunda situación de trabajo, es decir, que la demanda eléctrica de la red se reduzca (lo que se asocia a menores precios de la electricidad) o las condiciones climatológicas vuelvan a ser propicias para la generación de energía renovable, se bloquea el dispositivo de control de entrada de agua (impidiendo el funcionamiento del mecanismo) ya que en tal caso hay un excedente de energía renovable o una mayor oferta de la misma y por tanto, los núcleos de demanda no requieren de fuentes auxiliares o suplementarias como la que se describe en dicho mecanismo.

Por su parte, el vaciado del depósito tiene lugar en una primera situación de trabajo, en la que existe nuevamente un excedente eléctrico de energía renovable producida por el sistema externo y dicha producción de energía renovable no es consumida por los núcleos de demanda energético, así como se den las condiciones climatológicas mínimas para permitir el funcionamiento tanto del sistema externo como del entramado de sistemas propios de energía renovables que conforman los medios de alimentación auxiliares. En tal escenario se inicia el vaciado del agua (ya sea dulce o salada) que se ha ido acumulando en el depósito inferior del mecanismo, a través de los sistemas de vaciado como pueden ser bombas hidráulicas o similares, así como tornillo de Arquímedes.

Para el funcionamiento de dichos sistemas de evacuación se utiliza el excedente de energía renovable previamente acumulada en el conjunto de baterías, que se ha descrito anteriormente.

Una ventaja adicional es que, como el mecanismo es flotante y el transformador está conectado a la red de suministro, se permite que la ubicación del mecanismo pueda ser cercana a alguna estación eléctrica, núcleo de población, zona industrializada, etc., abaratando enormemente los costes de cableado.

La ventaja de ser un mecanismo flotante es que cuenta con acceso, de forma prácticamente ilimitada (especialmente si se ubica en el mar), a la energía potencial del fluido que lo rodea.

De este modo, este mecanismo permite acumular o suministrar, como medio auxiliar, la energía potencial del agua que lo rodea para transformarla en energía hidroeléctrica y poder nutrir a los núcleos de demanda cuando estos no reciban energía del sistema externo por la ausencia de condiciones climatológicas favorables o por picos de demanda, por lo que este mecanismo es significativamente ventajoso ante las carencias que presentan los actuales sistemas de generación de energía renovable.

Resulta por tanto un mecanismo hidroeléctrico suplementario muy eficaz, con el que es posible proporcionar energía limpia en las cantidades necesarias y en los momentos en que más se necesita, evitando las limitaciones de localización y de consumo de volúmenes de agua que presentan estos mecanismos en la actualidad.

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:

La Figura 1.- Muestra una vista en alzado de un mecanismo de generación de energía hidroeléctrica, para una primera realización preferida de la invención.

La Figura 2.- Muestra una vista en perfil de un mecanismo de generación de energía hidroeléctrica, para una primera realización preferida de la invención.

Las Figuras 3.1 y 3.2.- Muestran sendas vistas de la planta y de una perspectiva en detalle de la plataforma de un mecanismo de generación de energía hidroeléctrica, para una primera realización preferida de la invención.

La Figura 4.- Muestra una vista en sección de la turbina y el depósito de un mecanismo de generación de energía hidroeléctrica, para una primera realización preferida de la invención.

La Figura 5.- Muestra una vista en detalle de la turbina y el depósito de un mecanismo de generación de energía hidroeléctrica, para una primera realización preferida de la invención. La Figura 6.- Muestra una vista en detalle del dispositivo de control de entrada de agua del mecanismo de generación de energía hidroeléctrica, para una primera realización preferida de la invención.

La Figura 7.- Muestra una vista en detalle del desplazamiento de la segunda conducción del dispositivo de control de entrada de agua del mecanismo de generación de energía hidroeléctrica, para una primera realización preferida de la invención.

La Figura 8.- Muestra una vista en alzado de un mecanismo de generación de energía hidroeléctrica, para una segunda realización preferida de la invención.

La Figura 9.- Muestra una vista en perfil de un mecanismo de generación de energía hidroeléctrica, para una segunda realización preferida de la invención.

La Figura 10.- Muestra una vista en planta de un mecanismo de generación de energía hidroeléctrica, para una segunda realización preferida de la invención.

La Figura 11.- Muestra una vista en sección de los medios de evacuación de agua de un mecanismo de generación de energía hidroeléctrica, 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 mecanismo hidroeléctrico suplementario para un sistema de generación externo de energía renovable que aquí se propone, donde el sistema externo está conectado a una red de suministro, comprende una plataforma (3) de soporte con medios de flotación, y sobre la misma unos medios de alimentación auxiliares conectados a un transformador (11) que a su vez está conectado a unas baterías (30) para su recarga y a la red de suministro, como se muestra en las Figuras 3.1 y 3.2.

Por su parte, el sistema externo está también conectado a dichas baterías (30) para su recarga en una primera situación de trabajo en la que el sistema externo produce un exceso de energía respecto a la demanda existente en la red de suministro.

En este modo de realización preferente de la invención, el transformador (11) está conectado a la red de suministro en tierra firme mediante un cable de corriente (31).

El mecanismo comprende además al menos una unidad de turbinado que está sumergida y fijada a la plataforma (3).

Como se muestra en las Figuras 2, 5 y 7, en este primer modo de realización preferente de la invención se considera un mecanismo con dos unidades de turbinado.

Cada una de estas unidades comprende una primera conducción (1) situada por debajo del nivel de agua que, tal y como se muestra en las Figuras 1,2 y 4, presenta un primer tramo (4) vertical con un extremo superior (4.1) de entrada de un volumen de agua y un extremo inferior (4.2), un codo (5) de unión conectado a dicho extreme inferior (4.2) y, un segundo tramo (6) con un primer extremo (6.1) conectado al codo (5) y un segundo extremo (6.2) opuesto.

Este segundo tramo (6) presenta una pendiente y una sección decrecientes hacia el segundo extremo (6.2), como puede observarse en las Figuras 1, 4 y 5.

Cada unidad presenta además un dispositivo de control de la entrada de agua en la primera conducción (1) conectado a las baterías (30), susceptible de permitir y bloquear el paso del agua a través del extreme superior (4.1), de forma iterativa y continuada, para una segunda situación de trabajo en la que la capacidad de producción del sistema externo es insuficiente para abastecer la red de suministro, ya su vez, cuando no existen las condiciones mínimas necesarias (viento, sol, etc.) para el funcionamiento del sistema externo así como de los medios auxiliares de alimentación.

Como se muestra en las Figuras 6 y 7, en este primer modo de realización preferente de la invención, el dispositivo de control comprende una segunda conducción (2) cuyo diámetro y longitud son menores que los de la primera conducción (1) y está dispuesta en su interior de forma concéntrica. Además, esta segunda conducción (2) presenta sendos extremos superior e inferior (2.1, 2.2).

El dispositivo de control presenta así mismo unos medios de conexión entre ambas primera y segunda conducción (1, 2) susceptibles de permitir el desplazamiento de la segunda conducción (2) entre una primera posición completamente sumergida bajo el nivel de agua susceptible de permitir la entrada de agua en la primera conducción (1), tal y como se muestra en la Figura 7, en la primera conducción (1) de la derecha, y una segunda posición con su extremo superior (2.1) situado sobre el nivel del agua susceptible de bloquear la entrada de agua a la primera conducción (1), como se muestra en dicha Figura 7, en la primera conducción (1) de la izquierda.

Así mismo, el mecanismo comprende una turbina (7) de eje vertical conectada al segundo extremo (6.2) del segundo tramo (6) de la primera conducción (1), como puede observarse en las Figuras 4 y 5. De este modo, el agua que cae por efecto de la gravedad desde el primer tramo (4) de la primera conducción (1), al llegar al segundo extremo (6.2) del segundo tramo (6), incide transversalmente a las palas de la turbina (7). El eje (8) de la turbina (7) está conectado al rotor de un generador (9) situado en la plataforma (3) de soporte, de manera que el giro de las palas acciona el giro del rotor, transformando de este modo, la energía hidráulica en energía mecánica. El generador a su vez está conectado al transformador (11).

El codo (5) entre el primer y segundo tramo (4, 6) de la primera conducción (1) tiene un ángulo comprendido entre 15 y 60°, que en este primer modo de realización preferente de la invención es, en concreto, de 30°. De este modo, esta inclinación y la reducción de sección que presenta dicho segundo tramo (6) desde el codo (5) hasta la unión con la turbina (7), que tiene lugar a 90°, permite la entrada del fluido en la turbina (7) de manera que, al agua índice transversal a sus palas, como ya se ha indicado previamente.

La unidad de turbinado comprende además una conducción de descarga (10) conectada con el extremo inferior de la turbina (7), como se muestra en las Figuras 1, 2 y 4.

En este primer modo de realización se muestra que el generador (9) y transformador (11) se encuentran en el interior de una sala de máquinas (29) sobre la plataforma (3), que los aísla de la intemperie y al mismo tiempo los mantiene accesibles para mantenimiento y posibles reparaciones.

Como se muestra en las Figuras 1, 2, 4 y 5, el mecanismo presenta también un depósito (12) conectado a la conducción de descarga (10) para recogida del volumen de agua que sale de la turbina (7). Este depósito (12) está situado a una cota menor que la de la turbina (7) y presenta medios de comunicación con la superficie exterior y medios de evacuación del agua en la primera situación de trabajo, hasta una cota superior a la de la lámina de agua, donde estos medios de evacuación están conectados a las baterías (30).

Al estar conectado el depósito (12) con la superficie exterior, es un depósito abierto y no presurizado. En este primer modo de realización preferente de la invención está formado por polietileno u otro material capaz de ser suficientemente robusto para no deformarse ante las altas presiones que pueda sufrir en considerables profundidades y que sea duradero ante el deterioro producido por el continuo contacto con el agua, tanto dulce como salada.

Por otra parte, las dimensiones del depósito (12) son tales que permite abarcar una gran masa de fluido, sin que comprometa la flotabilidad de la estructura incluso cuando se encuentra lleno de fluido. A su vez, el nivel máximo de fluido que puede acumularse en el depósito (12) es igual o inferior a la salida de agua desde la conducción de descarga (10), para evitar obstruir la entrada del fluido en el depósito (12).

En este primer modo de realización preferente de la invención, como puede observarse en las Figuras 1, 4 y 6, el dispositivo de control de la entrada de agua comprende unos medios activación formados por sendos primeros cables (13) que presentan un primer extremo (13.1) conectado al extremo superior (2.1) de la segunda conducción (2) en puntos diametralmente opuestos y un segundo extremo (13.2) conectado a un balancín (14) susceptible de transmitir un movimiento vertical ascendente y descendente a dichos primeros cables (13), donde el balancín (14) está conectado a las baterías (30).

En este primer modo de realización preferida, como puede observarse en las Figuras 1 a 4, los medios auxiliares de alimentación están formados por un entramado de sistemas propios de energía renovables que comprenden al menos una placa solar (15) y al menos un molino (16) de generación de energía eólica para recarga de las baterías (30). Dichos medios auxiliares de alimentación tienen la función de recargar las baterías (30) cuando existan las mínimas condiciones climáticas para el funcionamiento de las placas solares (15) y los molinos (16) de los medios auxiliares de alimentación del mecanismo, así como cuando exista un sobrante de energía renovable producido por el sistema externo que nutra a la red eléctrica y por tanto los núcleos de consumo tengan cubierta la demanda de energía renovable necesaria.

Es entonces cuando los medios auxiliares de alimentación formados en este caso por placas solares (15) y molinos (16) eólicos pueden destinar la energía sobrante y no consumida que van produciendo a la recarga del conjunto de baterías (30), de manera que se va almacenando en las baterías (30) esta energía generada, para poder hacer uso de ella en determinadas situaciones de trabajo del mecanismo, como pueden ser la segunda situación de trabajo en la que se permite el paso alterno del agua para el turbinado a través del dispositivo de control de agua y la primera situación de trabajo en la que se realiza el vaciado del depósito (12) inferior del mecanismo del agua acumulada a través de los medios de evacuación como las bombas (22) hidráulicas o similares y/o el tornillo (25) de Arquímedes, entre otras fases de trabajo que puedan requerir dicha energía acumulada en las baterías (30).

En otros modos de realización los medios auxiliares de alimentación de las baterías (30) pueden estar formados solo por placas solares o solo por molinos de generación de energía eólica u otros medios de producción de energía renovable.

De este modo, en este caso que aquí se propone, a través de parte de la energía almacenada en las baterías (30) puede accionarse el dispositivo de control que va a generar el movimiento continuo de ascenso y descenso del balancín (14), produciendo el desplazamiento hacia arriba y hacia debajo de la segunda conducción (2) de manera ininterrumpida y alternada para el turbinado. El accionamiento del dispositivo de control se produce, como ya se ha mencionado, en una segunda situación de trabajo en la que el sistema externo no es capaz de cubrir la demanda de energía renovable que requiere la red de suministro (lo que se asocia con episodios de mayores precios de la electricidad) y evitar que esta termine por consumir fuentes no renovables o bien, ante la inexistencia de condiciones climatológicas mínimas de sol, viento, etc., para el funcionamiento tanto del sistema externo como de los medios auxiliares de alimentación del mecanismo.

Al producirse una situación contraria, en la que exista un exceso de oferta de energía renovable producida por el o los sistemas externos y por tanto los núcleos de consume no demanden energía renovable y a su vez, cuando existan las condiciones mínimas climatológicas para el funcionamiento tanto de los medios auxiliares de alimentación como del sistema externo, las baterías dejan de suministrar energía al dispositivo de control de agua de manera que este se mantiene en reposo impidiendo el paso de fluido hacia la primera conducción (1), y la turbina (7) del mecanismo.

Como se muestra en las Figuras 6 y 7, en este primer modo de realización preferente de la invención, los medios de conexión entre la primera y la segunda conducción (1, 2) están formados por un primer resalte (17) con forma anular que emerge del extremo inferior (2.2) de la segunda conducción (2) hacia el exterior, un segundo resalte (18) con forma anular que emerge de una sección intermedia de dicha segunda conducción (2) hacia el exterior y, un elemento de tope (19) de forma anular que emerge de la superficie interior de la primera conducción (1) y está situado a una altura tal que, en la primera posición de la segunda conducción (2), el segundo resalte (18) está en contacto con el elemento de tope (19), y en la segunda posición de la segunda conducción (2), el primer resalte (17) está en contacto con el elemento de tope (19).

En este modo de realización preferida, los medios de conexión entre la primera y segunda conducción (1, 2) comprenden al menos una junta de estanqueidad dispuesta entre el primer y/o el segundo resalte (17, 18) y la primera conducción (1) y/o entre el elemento de tope (19) y la segunda conducción (2).

Según otro aspecto, como se muestra en las Figuras 1, 2, 4, 6 y 7, en este primer modo de realización preferente de la invención, el mecanismo comprende una rejilla (20) de protección en el extremo superior (4.1) del primer tramo (4) de la primera conducción (1), que presenta una cara superior (20.1) situada a una altura sobre dicho extremo superior (4.1) tal que permite el desplazamiento de la segunda conducción (2) hasta su segunda posición.

Con esta rejilla (20) se evita la entrada en la primera conducción (1) de suciedad del agua, plásticos, peces, animales, cuerpos no deseados, etc., que pudieran entorpecer el funcionamiento de la turbina (7) e incluso averiarla.

En este primer modo de realización preferente de la invención, el mecanismo comprende una conducción de protección (21) de la turbina (7) y de su eje (8), como se muestra en la Figura 4. Esta conducción de protección (21) presenta un primer extremo (21.1) tal que permite la contención de la turbina (7) y un segundo extremo (21.2) abierto situado a una cota superior a la de la lámina de agua.

Con esta conducción de protección (21) se consigue un aislamiento respecto del fluido tanto de la turbina (7) como del eje (8) y resto de elementos de la turbina como pueden ser engranajes..., y, al mismo tiempo, como la conducción de protección (21) es abierta por su segundo extremo (21.2), se mantiene la turbina (7) accesible para las labores de mantenimiento.

Como puede observarse en las Figuras 4 y 5, en este primer modo de realización preferente de la invención, los medios de evacuación del agua del depósito (12) comprenden al menos una bomba (22) hidráulica conectada a las baterías (30) y situada en el interior del depósito (12) anclada a su base y al menos una conducción de evacuación (23) vertical con un primer extremo (23.1) conectado a una bomba (2) y un segundo extremo (23.2) situado a una cota superior a la de la plataforma (3), que permite el desagüe del agua sobre la lámina de agua.

En este primer modo de realización, como se muestra en la Figura 5, son dos bombas (22) hidráulicas las que forman parte de los medios de evacuación, cada una de ellas conectada a una conducción de evacuación (23). Como estas conducciones de evacuación (23) tienen su segundo extremo (23.2) a una cota superior al nivel del agua en su salida, cae sobre la masa de agua pudiendo ser nuevamente utilizado.

En este primer modo de realización preferida, como puede observarse en las Figuras 4 y 5, los medios de comunicación del depósito (12) con la superficie exterior están formados por al menos una conducción adicional (24) que presenta un primer extremo (24.1) conectado al depósito (12) y un segundo extremo (24.2) abierto a una cota superior a la de la lámina de agua, donde dicha conducción adicional (24) presenta un diámetro tal que permite el paso de una conducción de evacuación (23) por su interior. En este caso, como el mecanismo presenta dos conducciones de evacuación (23), cuenta con dos conducciones adicionales (24) para la protección de cada una de estas conducciones de evacuación (23).

Como la conducción adicional (24) presenta un segundo extremo (24.2) abierto permite la entrada de aire en el interior del depósito (12), evitando de este modo que este sea hermético y su interior se encuentre a presión.

Debe tenerse en cuenta que todo el mecanismo presenta conexiones con el exterior mediante conducciones abiertas a dicho exterior, como es el caso de la segunda conducción (2), la conducción de protección (21) de la turbina (7) y la conducción adicional (24). De este modo, se permite la entrada de aire en el entramado de conducciones evitando que se genere hermetismo y vacío y, con ello se impide que se genere presión en el interior de las conducciones, favoreciendo de este modo la libre circulación del agua por efecto de la gravedad. Esta apertura al exterior de las conducciones permite además el acceso a las mismas para realizar labores de mantenimiento.

En un segundo modo de realización preferente de la invención, como puede observarse en las Figuras 8 a 11, los medios de evacuación del agua del depósito (12) comprenden al menos un tornillo (25) de Arquímedes como complemento a las bombas (22) de extracción. Este tornillo (25) presenta un primer extremo (25.1) conectado a un lateral del depósito (12) próximo a la base del mismo y un segundo extremo (25.2) situado a una cota superior a la de la lámina de agua, donde el tornillo (25) está conectado a las baterías (30).

De este modo, el agua contenida en el depósito (12) entra en el tornillo (25) de Arquímedes y, a medida que este va rotando, se produce el ascenso del agua a lo largo del tornillo (25) hasta llegar a su segundo extremo (25.2). Como dicho segundo extremo (25.2) está situado sobre la lámina de agua se produce el desagüe del agua contenida en el depósito (12) sobre la misma masa de agua, evitando el consumo de la misma y permitiendo su reutilización de forma ilimitada.

Por tanto, los medios de evacuación en el primer modo de realización presentan unas bombas (22) extractoras conectadas a las baterías (30) y, en el caso de este segundo modo de realización, es el tornillo (25) el que está conectado a las baterías (30).

Como se ha comentado anteriormente, tras un primer proceso de entrada del fluido a través del dispositivo de control de agua, una vez realizado el proceso de turbinado este fluido queda en reposo en el depósito (12) hasta que en una primera situación de trabajo se produce el desagüe del mismo. Para realizar dicho proceso de desagüe los medios de evacuación como son las bombas (22) extractoras y/o el tornillo (25) de Arquímedes se nutren para su funcionamiento de la energía acumulada en las baterías (30) que previamente se han ido recargando, bien con el excedente de energía que los medios auxiliares de alimentación, como es el entramado de placas solares (15) y molinos (16) propios, hayan ido produciendo en momentos en los que existía sobrante energético renovable producido por el sistema externo que los núcleos de demanda no precisaban para su consumo, bien por el posible aporte del exceso de energía renovable producido por el sistema externo que no haya sido consumido por los núcleos de demanda y que se deriva a la recarga de las baterías (30).

Por tanto, la energía necesaria para hacer frente al coste energético del vaciado del depósito (12) procede de dicho excedente de energía renovable. A su vez, dicho proceso de desagüe se inicia cuando se alcanza una primera situación de trabajo en la que existen las condiciones mínimas climáticas que permiten el funcionamiento tanto del sistema externo como de los medios auxiliares de alimentación propios y existe un exceso de oferta de energía renovable (lo que se asocia con periodos de menores precios de la electricidad) que los núcleos de demanda energética no requieren para su consumo.

Para la recarga de las baterías (30) los medios de alimentación formados por unas placas solares (15) y/o unos molinos (16) de generación de energía eólica instalados sobre la plataforma (3) están conectados a su vez al transformador (11) y al conjunto de baterías (30) y todas las conexiones discurren por el interior de las conducciones adicionales (24).

En el primer modo de realización preferida, los medios de flotación de la plataforma (3) están formados por flotadores (26) conectados entre sí mediante barras (27) de acero, como se muestra en las Figuras 1, 3.1 y 4. Estas barras (27) presentan en sus extremos medios de unión flexible con dichos flotadores (26).

Igualmente, las conducciones presentan medios de unión flexible similares a los de las barras con los flotadores, en su conexión con otras conducciones o elementos del mecanismo, de tal forma que, tanto la plataforma (3) como el entramado de conducciones, turbina, deposito..., permiten una adaptabilidad del conjunto al oleaje, mareas y/o corrientes que puedan surgir en el emplazamiento del mecanismo.

Además, el mecanismo comprende medios de unión de los flotadores (26) a la plataforma (3) susceptibles de permitir que dicha plataforma (3) presente una determinada altura sobre la lámina de agua. Con esto se facilitan las labores de mantenimiento y accesibilidad.

Por otra parte, en este primer modo de realización, el mecanismo comprende medios de sujeción de la plataforma (3) al fondo de la masa de agua, formados por unos segundos cables (28) de acero regulables en longitud, con un primer extremo (28.1) fijado a la plataforma (3) y un segundo extremo (28.2) anclado al fondo. Al ser regulables permiten que se adapte su longitud a posibles desniveles del fluido.

En otros modos de realización preferente de la invención, el primer extremo (28.1) de los segundos cables (28) puede estar fijado a los medios de flotación.

Estos segundos cables (28) de acero inoxidable evitan desplazamientos de la plataforma (3) por corrientes, mareas u oleajes.

El conjunto formado por los flotadores (26), las barras (27) de acero y los medios de unión de los flotadores (26) a la plataforma (3) son lo suficientemente robustos como para poder sostener los componentes de la plataforma (3) flotante en su parte superior y a su vez con un coeficiente de flotabilidad que pueda mantener a flote dicha plataforma (3), tanto de los elementos superiores como inferiores, teniendo en cuenta el peso que puede acarrear el entramado de la parte inferior, como son las tuberías inferiores, depósitos, las turbinas, las bombas de agua y el peso de fluido que quepa tanto en las tuberías como el depósito de agua, así como el conjunto del tornillo de Arquímedes.

Claims (17)

REIVINDICACIONES

1. Mecanismo hidroeléctrico suplementario para un sistema externo de generación de energía renovable, donde el sistema externo está conectado a una red de suministro,caracterizado por quecomprende una plataforma (3) de soporte con medios de flotación, y sobre la misma unos medios de alimentación auxiliares conectados a un transformador (11) conectado a su vez a la red de suministro y a unas baterías (30) para su recarga, donde el sistema externo esta también conectado a dichas baterías (30) para su recarga en una primera situación de trabajo en la que el sistema externo produce un exceso de energía respecto a la demanda existente en la red de suministro y, al menos una unidad de turbinado, sumergida y fijada a la plataforma (3), donde cada unidad comprende:

- una primera conducción (1) por debajo del nivel de agua que presenta un primer tramo (4) vertical con un extremo superior (4.1) de entrada de un volumen de agua y un extremo inferior (4.2), un codo (5) de unión conectado a dicho extremo inferior (4.2) y un segundo tramo (6) con un primer extremo (6.1) conectado al codo (5) y un segundo extremo (6.2) opuesto, que presenta una pendiente y una sección decrecientes hacia el segundo extremó (6.2);

- un dispositivo de control de la entrada de agua en la primera conducción (1) conectado a las baterías (30), susceptible de permitir y bloquear el paso del agua a través del extremo superior (4.1) de su primer tramo (4), de forma iterativa y continuada, para una segunda situación de trabajo en la que la capacidad de producción del sistema externo es insuficiente para abastecer la red de suministro;

- una turbina (7) de eje vertical conectada al segundo extremo (6.2) del segundo tramo (6) de la primera conducción (1) tal que el agua incide transversalmente a las palas de la turbina (7), donde el eje (8) está conectado al rotor de un generador (9) situado en la plataforma (3) de soporte y conectado al transformador (11), y;

- una conducción de descarga (10) conectada con el extremo inferior de la turbina (7); donde el mecanismo comprende al menos un depósito (12) conectado a la conducción de descarga (10) para recogida del volumen de agua que sale de la turbina (7), situado a una cota menor que la de la turbina (7) y que presenta medios de comunicación con la superficie exterior y medios de evacuación del agua en la primera situación de trabajo, hasta una cota superior a la de la lámina de agua y conectados a las baterías (30).

2. Mecanismo según la reivindicación 1, donde el dispositivo de control de la entrada de agua en la primera conducción (1) comprende una segunda conducción (2) cuyo diámetro y longitud son menores que las de la primera conducción (1) y está dispuesta en su interior de forma concéntrica, y presenta sendos extremos superior e inferior (2.1, 2.2), unos medios de conexión entre ambas primera y segunda conducción (1,2) susceptibles de permitir el desplazamiento de la segunda conducción (2) entre una primera posición completamente sumergida bajo el nivel de agua susceptible de permitir la entrada de agua en la primera conducción (1), y una segunda posición con su extremo superior (2.1) situado sobre el nivel del agua susceptible de bloquear la entrada de agua a la primera conducción (1).

3. Mecanismo según la reivindicación 2, donde el dispositivo de control de la entrada de agua comprende unos medios activación formados por sendos primeros cables (13) que presentan un primer extremo (13.1) conectado al extremo superior (2.1) de la segunda conducción (2) en puntos diametralmente opuestos y un segundo extremo (13.2) conectado a un balancín (14) susceptible de transmitir un movimiento vertical ascendente y descendente a dichos primeros cables (13), donde el balancín (14) está conectado a las baterías (30).

4. Mecanismo según cualquiera de las reivindicaciones 2 o 3, donde los medios de conexión entre la primera y la segunda conducción (1, 2) están formados por un primer resalte (17) con forma anular que emerge del extremo inferior (2.2) de la segunda conducción (2) hacia el exterior, un segundo resalte (18) con forma anular que emerge de una sección intermedia de dicha segunda conducción (2) hacia el exterior y, un elemento de tope (19) de forma anular que emerge de la superficie interior de la primera conducción (1) y está situado a una altura tal que en la primera posición de la segunda conducción (2), el segundo resalte (18) está en contacto con el elemento de tope (19), y en la segunda posición de la segunda conducción (2), el primer resalte (17) está en contacto con el elemento de tope (19).

5. Mecanismo según la reivindicación 4, donde los medios de conexión entre la primera y segunda conducción (1, 2) comprenden al menos una junta de estanqueidad dispuesta entre el primer y/o el segundo resalte (17, 18) y la primera conducción (1) y/o entre el elemento de tope (19) y la segunda conducción (2).

6. Mecanismo según cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, que comprende una rejilla (20) de protección en el extremo superior (4.1) del primer tramo (4) de la primera conducción (1), que presenta una cara superior (20.1) situada a una altura sobre dicho extremo superior (4.1) tal que permite el desplazamiento de la segunda conducción (2) hasta su segunda posición.

7. Mecanismo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una conducción de protección (21) de la turbina (7) y de su eje (8), con un primer extremo (21.1) tal que permite la contención de la turbina (7) y un segundo extremo (21.2) abierto situado a una cota superior a la de la lámina de agua.

8. Mecanismo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el codo (5) de la primera conducción (1) tiene un ángulo comprendido entre 15 y 60°.

9. Mecanismo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de evacuación del agua del depósito (12) comprenden al menos una bomba (22) hidráulica conectada a las baterías (30) y situada en el interior del depósito (12) anclada a su base y al menos una conducción de evacuación (23) vertical con un primer extremo (23.1) conectado a una bomba (22) y un segundo extremo (23.2) situado a una cota superior a la de la plataforma (3), que permite el desagüe del agua sobre la lámina de agua.

10. Mecanismo según la reivindicación 9, donde los medios de comunicación del depósito (12) con la superficie exterior están formados por al menos una conducción adicional (24) que presenta un primer extremo (24.1) conectado al depósito (12) y un segundo extremo (24.2) abierto a una cota superior a la de la lámina de agua, donde dicha conducción adicional (24) presenta un diámetro tal que permite el paso de una conducción de evacuación (23) por su interior.

11. Mecanismo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de evacuación del agua del depósito (12) comprenden al menos un tornillo (25) de Arquímedes que presenta un primer extremo (25.1) conectado a un lateral del depósito (12) próximo a la base del mismo y un segundo extremo (25.2) situado a una cota superior a la de la lámina de agua, donde el tornillo (25) está conectado a las baterías (30).

12. Mecanismo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de alimentación auxiliares están formados por al menos una placa solar (15) para recarga de las baterías (30).

13. Mecanismo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de alimentación auxiliares están formados por al menos un molino (16) de generación de energía eólica para recarga de las baterías (30).

14. Mecanismo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los medios de flotación de la plataforma (3) están formados por flotadores (26) conectados entre sí mediante barras (27) de acero, donde estas barras (27) presentan en sus extremos medios de unión flexible con dichos flotadores (26).

15. Mecanismo según la reivindicación 14, que comprende medios de unión de los flotadores (26) a la plataforma (3) susceptibles de permitir que dicha plataforma (3) presente una determinada altura sobre la lámina de agua.

16. Mecanismo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende medios de sujeción de la plataforma (3) al fondo de la masa de agua, formados por unos segundos cables (28) de acero regulables en longitud, con un primer extremo (28.1) fijado a la plataforma (3) o a los medios de flotación y un segundo extremo (28.2) anclado al fondo.

17. Mecanismo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el transformador (11) está conectado a la red de suministro en tierra firme mediante un cable de corriente (31).