ES2228177T3 - Unidad de conversion de energia para convertir la energia de las olas marinas en energia electrica. - Google Patents
Unidad de conversion de energia para convertir la energia de las olas marinas en energia electrica.Info
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- Y02E10/30—Energy from the sea, e.g. using wave energy or salinity gradient
Abstract
Unidad de conversión de energía para convertir energía de las olas del mar en energía eléctrica, con utilización de infraestructuras (7) existentes, que tiene a un lado el mar abierto (4), expuesto al impacto e intensidad de las olas del mar (13) y al otro lado (5) una superficie en calma y estabilizada, estando basada la transformación de la energía cinética y energía potencial de las olas en energía de posición en la diferencia de alturas de las superficies libres de las dos cámaras (1) y (3) establecidas en un muelle (7), situada una en el lado del mar (4), cámara de admisión (1), y la otra (3) debajo de la zona protegida (5), dentro de un puerto en el lado de tierra, donde está instalada una turbina hidráulica (8), pasando el agua desde una cámara a la otra a través de un sistema de tuberías (2) con presión de drenaje, que alimenta la turbina hidráulica (8) para producir energía eléctrica.
Description
Unidad de conversión de energía para convertir la
energía de las olas marinas en energía eléctrica.
Ya se conocen aparatos para transformar energía
cinética y potencial en energía eléctrica. De algunos de ellos se
hace referencia en los documentos USA 4.078.871 y FR 2.407.366.
La patente USA 4.078.871 se refiere a un
dispositivo de aspiración para un grupo hidroeléctrico, es decir, un
grupo con una turbina que tiene un pequeño canal de desagüe fijado
entre una zona aguas arriba y una zona aguas abajo de un curso de
agua, comprendiendo dicho dispositivo una entrada que está en
comunicación con la zona aguas arriba y que está conectada por medio
de un paso dispuesto en la entrada de la turbina, la salida de la
cual normalmente es submarina en la zona de aguas abajo,
caracterizado porque el paso de conexión en la entrada de la turbina
consiste en un sifón cuyo umbral de transposición está situado
debajo de un nivel de llenado normal de la zona de aguas arriba,
estando totalmente dispuesta la entrada del paso de conexión por
debajo del nivel del umbral de transposición.
El documento FR 2407366 se refiere a una
estructura fija que engloba una serie de canales superpuestos,
separados verticalmente, que están abiertos por un extremo al mar,
para recibir olas del mar abierto que se aproximan a la línea de la
costa. Cada uno de los canales tiene una rampa de entrada que se
inclina hacia arriba, hacia la costa, para inducir la rotura de una
ola en la cima de la rampa, y sobre la misma, que se fusiona con un
conducto convergente inclinado hacia abajo, hacia la costa, que
tiene comunicación de fluidos con una cámara de presión de la
estructura a través de una abertura controlada por una válvula de un
solo sentido en la que se concentra la energía de la ola. Una parte
de cada rampa está cubierta por un techo que puede comprender el
lado inferior de la rampa superpuesta de otro canal. El agua se
dirige desde la cámara de presión de la estructura a dispositivos de
recuperación de energía que utilizan la energía cinética
hidrostática y neumática contenida en la cámara de presión, que
actúa como acumulador.
La invención se refiere a una unidad para
producción de energía eléctrica utilizando la energía de las olas
del mar. Esta unidad puede trabajar acoplada con las
infraestructuras marítimas ya existentes, tales como muelles,
puentes de pontones, puertos, dársenas, etc.
La innovación del sistema resulta de la mejora en
el aprovechamiento de la energía que explora las diferentes
condiciones del mar entre los dos lados de la infraestructura
(muelle, puerto, etc.): el mar abierto a un lado con todo su
potencial y energía cinética disponible, en el otro lado una
superficie estabilizada y con energía potencial y cinética
prácticamente disipadas.
El funcionamiento del proceso se basa en el
principio de trabajo del sifón, es decir, si existe una diferencia
de altura entre dos superficies y si se crean condiciones de
circulación de agua, se realiza el drenaje desde un lado de la
infraestructura al otro hasta que los niveles libres de la
superficie entre los dos lados se igualan.
En esta unidad, la diferencia de alturas entre
las superficies libres se asegura mediante dos cámaras concebidas
para conseguir el comportamiento mejor de aquellas funciones:
- Cámara de admisión (1) que está situada en el
lado del mar y por consiguiente se alimenta por las olas del mar,
utilizando y convirtiendo las energías potenciales y cinéticas en
energía potencial de posición.
- Depósito para la turbina (3) que está situada
en el otro lado del muelle, es decir, dentro de la dársena para
recibir y convertir la energía acumulada dentro de la cámara de
admisión en energía eléctrica. Así, si la ondulación media
(movimiento de las olas) alcanza los 3 metros, la diferencia teórica
entre las superficies libres de las cámaras será, como mínimo, de 3
metros, sin considerar la energía cinética de las olas.
Por consiguiente, la unidad (dibujo 1) está
compuesta principalmente de los siguientes medios funcionales
(dibujo 2): cámara de admisión (1), sifón (2) y depósito para la
turbina (3).
Esta cámara estará compuesta por una estructura
mezcla de hormigón (6) y estructura metálica rígida, a efectos de
soportar el impacto y la fuerza de las olas del mar, dado que el
lado frontal de esta cámara estará en contacto directo con el mar
(4) (13).
La cámara de admisión (1) está compuesta de
varios elementos que en conjunto permiten que el agua de las olas
del mar entren en la cámara y no la dejen. Así, tenemos una primera
cámara de hormigón (20), que llamamos cámara de retención (2), cuyo
lado frontal estará ligeramente inclinado, a efectos de ayudar a la
elevación de la ola. Esta primera cámara (20) estará situada a lo
largo del muelle, perpendicular al movimiento hacia delante de la
ola. Parte de la cámara está cubierta por una losa de hormigón (19),
debajo de la cual está instalado un sistema de alimentación (9) de
la cámara de admisión (1) que estará debidamente protegido del
impacto de las olas y de la resaca, también por medio de un sistema
de protecciones y parrillas.
El sistema de alimentación (9) de la cámara de
admisión (1) está compuesto de una estructura metálica tipo
compuerta (9.2 a 9.7), cuyas funciones de apertura y cierre están
reguladas automáticamente por el nivel del agua dentro de la cámara
(9.9), que es función directa de la altura de las olas (13). Las
compuertas (9.2) están fabricadas a partir de hojas de acero
inoxidable remachadas, con un mecanismo flotante (9.6) acoplado en
su interior, el cual las cierra cuando el nivel del agua en el
interior de la cámara aumenta (9.9). Las compuertas trabajan
independientemente una de otra con un eje de rotación (9.3) debajo
de la placa a fijar en la estructura (9.4), permitiendo la fijación
en el perfil metálico de reposo (9.7), según el dibujo 5. La
evaluación y el tamaño de la compuerta (9.2) estarán basados en las
características del mar donde la unidad se situará. Las compuertas
(9.2) pueden tener un juego complementario de compuertas de esclusa
(9.5), cuya subida y bajada se controlará por la apertura y cierre
de las compuertas (9.2) y, por lo tanto, por el nivel del agua
dentro de la cámara (9.9).
El sistema de alimentación (9) es precisamente un
ejemplo funcional, que puede ser sustituido por otro tipo de sistema
mejor ajustado a las condiciones locales.
La segunda cámara estará cubierta (15) y (19) y
almacenará el agua que alimentará el sifón y por esta razón su
tamaño, será función de la sección de la tubería (2) (14) y sus
peculiaridades (que definen la corriente), y las características de
las olas donde la unidad se construirá (frecuencia promedio y altura
promedio de las olas).
La cubierta de esta cámara será inclinada (17),
compuesta por innumerables canales (15) extendidos en paralelo a lo
largo del muelle, que está en posición perpendicular al movimiento
de las olas, y terminan en una caja de admisión (16). Estos canales
(15) que recogen el agua de las olas del mar trabajan
independientemente entre sí y en varios niveles, teniendo una
inclinación invariable, a efectos de guiar el agua a la admisión
(16). La caja de admisión (16) estará cubierta de una losa de
hormigón (19). En una de las paredes de la caja, está situado el
sistema de alimentación (9) de la cámara de admisión que será del
mismo tipo del descrito anteriormente, que es con compuertas (9.2) y
está debidamente protegido.
Esta unidad de mejora del aprovechamiento de la
energía de las olas del mar puede estar compuesta de cámaras (1)
innumerables en paralelo cuyos sistemas de tubería (2) (14)
alimentarán la misma turbina (8) o varias turbinas (8).
La primera cámara o cámara de retención (20), los
canales (15) con sus cajas de admisión (16) y el sistema de
alimentación (9) se construirán en un tamaño que permita una
permanente acción de alimentación de la cámara de admisión (1),
siendo el funcionamiento de este sistema en el conjunto del tipo de
retención y dosificación de corriente, puesto que las olas son
cíclicas y con cierta regularidad cambian su frecuencia según la
localización de la unidad, las mareas, la altura de las olas y el
período del año.
Este elemento se hará de tubería de hormigón o
metálica, según las necesidades de carga y corriente. El dibujo del
sistema de tubería se hará de forma que reduzca las pérdidas de
carga, los costes de ejecución, con condiciones de autolimpieza y
mantenimiento futuro.
Para proteger la entrada del sifón (2) o el
sistema de conexión de la tubería (14) se instalarán dos redes (18):
la primera con malla media y la segunda con malla cerrada, a efectos
de evitar que hierbas de mar, restos, pescados, etc. entren en el
sifón, evitando la detención o el mal funcionamiento del sifón o del
sistema de tuberías.
Las válvulas, dispositivos de limpieza de
residuos, sistemas de bombeo, etc, se realizarán también teniendo en
cuenta los propósitos y necesidades para los que se necesitan en
cada unidad a construir.
El depósito para la turbina (3) se construirá con
una estructura mixta de hormigón y metal (6) (10) y se adaptará al
muelle existente (7) y se situará dentro del puerto protegido (5).
En esta cámara (3), donde están los extremos del sifón (2), está
instalada la turbina (8) para utilización hidroeléctrica. La turbina
(8) se mueve por el flujo de agua que llega del sifón (2), cuya
energía será proporcional a la diferencia de alturas entre
cámaras.
Este depósito (3) tendrá el tamaño adecuado para
el funcionamiento tanto del sifón (2) como de la turbina (8), a
efectos de no provocar ninguna turbulencia, ni reflujos, que
originarán pérdidas de carga o fallos de producción. Las paredes
laterales serán de hormigón (6) para adaptarse mejor al muelle
existente (7), siendo el cierre de la cámara por el lado de la
dársena (5) de estructura metálica (10) panelada con parrillas, con
red de protección para evitar que algas, residuos, peces, etc.
entren en la cámara. La cámara se cubrirá mediante una estructura de
hormigón y metal, y tendrá acceso a la turbina y al equipo de
trabajo a través de una escotilla, escaleras y plataformas. El
cuarto de máquinas -zona técnica- puede estar situado sobre el
depósito para la turbina. En caso de que la unidad planeada trabaje
con varias turbinas, las cámaras se instalarán en paralelo a lo
largo del muelle.
La turbina (8) es del tipo de admisión puesto que
se cruza por el drenaje a presión que sale del sifón y está situada
en una línea fija por debajo del nivel mínimo de la marea alta. La
turbina (8) tendrá un distribuidor cuya función es convertir parte
de la energía de presión en energía cinética y guiar la entrada del
agua en la rueda, y el difusor, compuesto por un conductor de
sección que se desarrolla de forma creciente, para recuperar
parcialmente la energía cinética cuando sale de la rueda. La turbina
(8) tendrá el tamaño que proceda teniendo en consideración la
corriente y la caída útil, que será completamente variable en tanto
depende directamente de la altura de las olas, la altura de la
superficie libre de la cámara de admisión y de la marea (dibujo
3).
Las nuevas unidades a construir pueden no usar el
sifón (2), cuyo rendimiento reduce la utilización de energía
disponible, sustituyéndolo por una tubería (14) de comunicación
entre las dos cámaras (1) y (3). En estos casos la energía obtenida
es directamente la suma de la diferencia de alturas entre las
superficies libres de las dos cámaras, menos las pérdidas de carga
debidas al material de la tubería, diseño de la tubería y sus
singularidades, densidad y temperatura del agua del mar y otros,
pero siempre superior al sistema con sifón. En estos casos, la
cámara de admisión (1) y la de la turbina (8) serán en todo
similares a las de la unidad descrita anteriormente, puesto que en
general el funcionamiento de la unidad es bueno. El diseño de la
tubería (14) debe ser siempre muy bueno a efectos de que las
pérdidas sean tan pequeñas como sea posible.
- (1)
- Cámara de admisión
- (2)
- Sifón
- (3)
- Depósito para la turbina
- (4)
- Mar
- (5)
- Mar dentro de la dársena
- (6)
- Paredes de hormigón de la cámara
- (7)
- Muelle existente
- (8)
- Turbina
- (9)
- Sistema de alimentación de la cámara de admisión
- (9.1)
- Tubería de hierro soldado
- (9.2)
- Chapa de acero inoxidable con mecanismo de flotación
- (9.3)
- Eje de rotación
- (9.4)
- Hierro en ángulo
- (9.5)
- Compuerta en chapa de acero inoxidable
- (9.6)
- Raíl en retícula cuadrada
- (9.7)
- Soporte de hierro en ángulo de acero inoxidable
- (9.8)
- Corriente procedente de las olas del mar
- (9.9)
- Nivel de la cámara de admisión
- (10)
- Pared de estructura metálica con barrera
- (11)
- Nivel máximo durante marea alta
- (12)
- Nivel mínimo durante marea baja
- (13)
- Olas
- (14)
- Tubería de alimentación de la turbina
- (15)
- Canales de hormigón (o metal)
- (16)
- Caja de admisión
- (17)
- Cubierta de la cámara de admisión
- (18)
- Raíl de protección
- (19)
- Losa de hormigón de cobertura de la caja de admisión
- (20)
- Cámara de retención
- (21)
- Segunda cámara
- (A)
- Plan de funcionamiento de los pontones a construir
- (B)
- Plan de funcionamiento de los pontones existentes
A < (10,33 m - pérdidas de carga)
h = Altura de las olas
Claims (3)
1. Unidad de conversión de energía para convertir
energía de las olas del mar en energía eléctrica, con utilización de
infraestructuras (7) existentes, que tiene a un lado el mar abierto
(4), expuesto al impacto e intensidad de las olas del mar (13) y al
otro lado (5) una superficie en calma y estabilizada, estando basada
la transformación de la energía cinética y energía potencial de las
olas en energía de posición en la diferencia de alturas de las
superficies libres de las dos cámaras (1) y (3) establecidas en un
muelle (7), situada una en el lado del mar (4), cámara de admisión
(1), y la otra (3) debajo de la zona protegida (5), dentro de un
puerto en el lado de tierra, donde está instalada una turbina
hidráulica (8), pasando el agua desde una cámara a la otra a través
de un sistema de tuberías (2) con presión de drenaje, que alimenta
la turbina hidráulica (8) para producir energía eléctrica,
caracterizada
porque:
- la cámara de admisión (1) está compuesta de una primera cámara (20) y una segunda cámara (21) y presenta un sistema integrado de canales (15) y respectivas cajas de admisión (16) y un sistema para capturar y retener las olas (9) del mar que permite que la energía de la ola sea transformada en metros de columna de agua, estando instalado dicho sistema en una zona cubierta (19) de la primera cámara (20) y cajas de admisión (15) que permiten la entrada del agua de las olas pero no su salida, siendo almacenada en la altura (21) el agua en el interior de la cámara;
- mostrando la segunda cámara (21) una cubierta (17) formada por dicho sistema integrado de canales (15) cuyo desarrollo es perpendicular al sentido de avance de las olas del mar, terminando tales canales en dichas cajas de admisión (16), cubiertas por una losa (19), estando fijado en una de sus paredes el sistema para capturar y retener el agua (9) desde las olas del mar.
2. Unidad de conversión de energía, según la
reivindicación 1, caracterizada porque la primera cámara (20)
presenta un lado frontal ligeramente inclinado para ayudar a la
ascensión de la ola y que permitirá que la cámara de admisión (1) se
llene hasta el primer nivel.
3. Unidad de conversión de energía, según las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque el sistema
para capturar y retener el agua (9) de las olas del mar está
compuesto por una estructura metálica del tipo de compuerta (9.2)
cuya apertura y cierre se regulan automáticamente por dispositivos
de flotación fijados en la parte posterior de las placas de
compuerta (9.2), independientes uno de otro, y complementariamente
pueden tener un juego de compuertas de esclusa (9.5) cuyo
funcionamiento hacia arriba y hacia abajo será controlado por la
apertura y el cierre de las compuertas (9.2).
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