ES2282505T3 - Unidad y planta olamotriz para la produccion de energia electrica y un metodo para generar energia electrica. - Google Patents

Unidad y planta olamotriz para la produccion de energia electrica y un metodo para generar energia electrica. Download PDF

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Abstract

Una unidad olamotriz para la producción de energía eléctrica, que comprende un cuerpo flotante y un generador eléctrico giratorio conectado mecánicamente al cuerpo flotante, disponiéndose un medio mecánico de transmisión del movimiento para la transmisión de movimientos verticales del cuerpo flotante a movimientos giratorios del rotor del generador, en el que el rotor está conectado a un cuerpo giratorio, cuerpo giratorio que está conectado al medio de transmisión del movimiento, y al menos la parte inferior del medio de transmisión del movimiento (4) consta de un componente que puede enrollarse, por ejemplo un cable (caracterizada porque el medio de transmisión del movimiento (4) se fija por su extremo superior al cuerpo flotante (3) y por su extremo inferior al cuerpo giratorio (10)).

Description

Unidad y planta olamotriz para la producción de energía eléctrica y un método para generar energía eléctrica.
Campo técnico
Un primer aspecto de la presente invención se refiere a una unidad olamotriz para la producción de energía eléctrica, que comprende un cuerpo flotante y un generador eléctrico giratorio conectado al cuerpo flotante.
Un segundo aspecto de la invención se refiere a un planta olamotriz que comprende una pluralidad de unidades olamotrices de acuerdo con la invención.
Un tercer aspecto de la invención se refiere al uso de la unidad olamotriz reivindicada para producir corriente eléctrica.
Un cuarto aspecto de la invención, se refiere finalmente a un método para generar energía eléctrica conectando mecánicamente un cuerpo flotante a un generador eléctrico.
La unidad olamotriz de acuerdo con la invención está destinada principalmente para, aunque sin limitación, aplicaciones de hasta 500 kW.
Técnica antecedente
El movimiento de las olas en el mar y en grandes lagos interiores constituye una fuente potencial de energía que hasta el momento apenas se ha explotado. La energía de las olas disponible depende de la altura de las olas, y es diferente de forma natural en diferentes lugares. La energía de las olas media durante un año depende de las diversas condiciones del viento, que están muy influidas por la distancia del lugar a la costa más cercana. Se han realizado mediciones en, por ejemplo, el Mar del Norte. En un punto de medición a aproximadamente 100 km al oeste de la costa de Jylland, Dinamarca, donde la profundidad era de aproximadamente 50 m, las alturas de las olas se midieron durante un largo periodo de tiempo y se calculó la energía disponible. Se obtuvo la siguiente tabla:
1
Por tanto, durante algo menos de la mitad del tiempo, la altura de las olas es de aproximadamente 1 m, produciendo una potencia de salida de 2 kW/m. Sin embargo, la mayor parte de la energía está disponible a partir de alturas de ola en el intervalo de 2-5 metros, teniendo en consideración que la potencia de salida aumenta enormemente con el aumento de la altura de la ola.
Se han propuesto diversos tipos de unidades olamotrices para utilizar la energía disponible del movimiento de las olas en el océano para generar energía eléctrica. Sin embargo, estas no han conseguido competir con la producción convencional de energía eléctrica. Las plantas olamotrices realizadas hasta el momento han sido principalmente plantas experimentales o se han usado para suministrar energía localmente a boyas de navegación. Si ha de ser posible la producción comercial de electricidad, proporcionando de este modo acceso a la gran reserva de energía en el movimiento de las olas del océano, no solamente es necesario colocar las unidades en puntos adecuados, también es necesario que la unidad tenga un funcionamiento fiable, sea altamente eficaz y de bajo coste de fabricación y funcionamiento.
Muchos de los dispositivos conocidos para generar energía eléctrica a partir de la energía de las olas se basan en principios de acuerdo con los que el agua se bombea o se comprime con aire para impulsar una turbina generadora. Por tanto, hay varios eslabones implicados en el proceso de conversión de energía, lo que afecta de forma negativa a la eficacia total. Dichas unidades también son complicadas, y por tanto caras.
También se conoce actualmente el uso de un generador eléctrico lineal que está conectado directamente a un cuerpo flotante (por ejemplo, DE-A-100 35 215). Esto evita muchas de las desventajas mencionadas anteriormente.
Desde ciertos aspectos, sin embargo, un generador giratorio ofrece ventajas sobre un generador lineal.
Además de los tipos de unidades con generadores impulsados por turbinas mencionados anteriormente, también se conoce actualmente la transmisión directa de los movimientos de las olas a un generador eléctrico giratorio. Sin embargo, esto es sólo para suministrar energía localmente y la potencia de salida es relativamente pequeña. Por tanto, mediante el documento US 5 176 552 se conoce una boya luminosa a la que suministra energía el movimiento de la boya en las olas. Por tanto se dispone un generador eléctrico giratorio en el interior de la boya luminosa. El rotor del generador está conectado mediante un cable con una placa sustancialmente estacionaria situada a mucha profundidad en el agua. Cuando las olas mueven arriba y abajo la boya, el cable causa el giro del rotor. Por varias razones este dispositivo no es muy adecuado para producir energía eléctrica para suministrar a una red de suministro eléctrico de un tamaño económicamente interesante.
El objeto de la presente invención es, en vista de lo anterior, producir una unidad olamotriz del tipo pertinente que satisfaga las demandas de alta eficiencia, funcionamiento fiable y eficacia del coste, y permita la generación de energía eléctrica para suministrar a una red de suministro eléctrico.
Descripción de la invención
El objetivo fijado se ha conseguido de acuerdo con el primer aspecto de la invención en que la unidad olamotriz descrita en el preámbulo de la reivindicación 1 comprende la característica especial de que se dispone un medio mecánico de transmisión del movimiento para transmitir movimientos verticales del cuerpo flotante a movimientos giratorios del rotor.
Gracias al medio de transmisión del movimiento, se obtiene un movimiento giratorio que permite el uso de un generador eléctrico giratorio. El movimiento giratorio normalmente es oscilante, puesto que el movimiento lineal es de ida y vuelta.
La unidad de acuerdo con la invención permite, por tanto, explotar las ventajas de un generador eléctrico giratorio sin las etapas intermedias de conversión de energía requeridas por las aplicaciones conocidas, y esto es de tal manera que la generación de energía eléctrica a gran escala es económicamente practicable.
De acuerdo con una realización preferida de la unidad olamotriz reivindicada al menos el estator del generador se encierra en una carcasa anclada en el fondo del mar/lago.
Encerrar el generador o solamente su estator en una carcasa estanca, significa que se protege del ataque del agua salada que lo rodea o de la influencia de organismos vivos del agua tales como percebes. Esto también permite el uso de un generador de tipo convencional relativamente sencillo. El anclaje del generador en el fondo del mar mediante la carcasa fija la posición del generador respecto al cuerpo flotante y permite la utilización óptima de los movimientos verticales del cuerpo flotante.
De acuerdo con otra realización preferida el rotor también se encierra en la carcasa.
De este modo todo el generador está protegido de la corrosión y por tanto las ventajas del cerramiento se explotan en mayor medida.
De acuerdo con otra realización preferida más, el rotor se sitúa en la parte externa del estator.
Aunque en la mayoría de los casos es preferible una colocación convencional con el rotor dentro del estator, en ciertos casos la realización con el estator fuera permite una transmisión más sencilla del movimiento lineal del cuerpo flotante al movimiento giratorio del rotor.
De acuerdo con otra realización preferida el rotor está conectado a un cuerpo giratorio, cuerpo giratorio que está conectado al medio de transmisión del movimiento.
El cuerpo giratorio permite, de manera muy sencilla, la conversión eficaz del movimiento lineal en movimiento giratorio a conseguir, y permite una considerable libertad de diseño para conseguir esto. Esto también crea una excelente oportunidad para conseguir un patrón de movimiento del rotor óptimo.
De acuerdo con otra realización preferida más, el cuerpo giratorio se dispone fuera de la carcasa.
La introducción a través de la carcasa para transmitir el movimiento será por lo tanto ventajosa desde el punto de vista del cierre hermético, puesto que en esta realización, ésta puede diseñarse como una introducción para un árbol giratorio, pero por lo demás estacionario. Esto supone menos problemas de cierre hermético.
\newpage
De acuerdo con otra realización preferida más, la unidad comprende un primer mecanismo de engranaje que efectúa un cambio de engranaje entre los movimientos del cuerpo giratorio y el rotor.
Gracias al mecanismo de engranaje, puede aumentar la velocidad periférica del rotor de modo que aumente la frecuencia del voltaje inducido. Esto es ventajoso puesto que la velocidad del movimiento lineal es relativamente moderada.
De acuerdo con una realización adicional de la unidad olamotriz reivindicada, el medio de transmisión del movimiento se fija por su extremo superior al cuerpo flotante y por su extremo inferior al cuerpo giratorio, de modo que al menos la parte inferior del medio de transmisión del movimiento consta de un componente que puede enrollarse, por ejemplo un cable.
En dicha realización, la conversión de movimiento lineal en el cuerpo flotante a movimiento giratorio en el cuerpo giratorio tiene lugar de manera estructuralmente sencilla y con pérdidas pequeñas. Al mismo tiempo dicho diseño permite que la conversión tenga lugar directamente en las dos direcciones, es decir arriba/abajo y en el sentido de las agujas del reloj/en sentido contrario a las agujas del reloj. Esto es porque el cable se enrolla o desenrolla en el cuerpo giratorio. Se entenderá que el componente enrollable puede ser naturalmente de algún otro tipo tal como un alambre, cadena, cinta o similares.
De acuerdo con una realización adicional, el cuerpo giratorio y el rotor se disponen en un árbol común, sustancialmente horizontal.
Puesto que estos dos componentes se disponen en un árbol común, el movimiento giratorio se transmite sustancialmente sin pérdidas y la orientación horizontal del árbol permite la fácil conversión del movimiento vertical del cuerpo flotante al movimiento giratorio del cuerpo giratorio.
De acuerdo con otra realización preferida más, el cuerpo giratorio tiene sección transversal circular y el diámetro del rotor es mayor que el del cuerpo giratorio. Es particularmente ventajoso que el diámetro del rotor sea varias veces mayor que el del cuerpo giratorio.
Gracias a que el rotor tiene un diámetro mayor que el del cuerpo giratorio, la velocidad periférica aumenta sin necesidad de ningún mecanismo de engranaje adicional especial, puesto que la diferencia de diámetro constituye per se el mecanismo de engranaje. Puesto que el movimiento lineal del cuerpo flotante tiene lugar a velocidad moderada, del orden de 0,5-0,8 m/s, es deseable un aumento para aumentar la frecuencia del voltaje inducido.
De acuerdo con otra realización preferida, el medio de transmisión del movimiento se fija por su extremo superior al cuerpo flotante y por su extremo inferior al rotor, al menos la parte inferior del medio de transmisión del movimiento consta de un componente que puede enrollarse, tal como un cable o similar.
El medio de transmisión del movimiento puede unirse de este modo directamente al rotor, lo que puede ser una solución práctica si el rotor se dispone fuera del estator. La construcción será de este modo muy sencilla y tendrá una cantidad mínima de partes móviles.
De acuerdo con otra realización preferida más, se dispone un medio de resorte para ejercer una fuerza de torsión sobre el rotor.
La aplicación de dicho medio de resorte permite que el medio de transmisión del movimiento sea de diseño sencillo, puesto que es suficiente que sea unidireccional y sea activo solamente durante el movimiento hacia arriba del cuerpo flotante. Durante este movimiento, el resorte se estira y su energía almacenada se usa para hacer girar el rotor durante el movimiento hacia abajo del cuerpo flotante.
De acuerdo con una realización preferida adicional, la constante elástica del medio de resorte es ajustable.
De este modo puede ajustarse el resorte para adecuarse a las condiciones de las olas en cuanto a altura y velocidad de las olas, de modo que se consiga resonancia entre el movimiento del cuerpo flotante y el resorte. Esto minimiza alteraciones en el movimiento y permite que la corriente se induzca de manera uniforme y armoniosa.
De acuerdo con otra realización preferida, la carcasa se fija a una placa basal dispuesta para que descanse sobre el fondo del mar/lago.
Puesto que la carcasa se aplica sobre el fondo del mar, el generador será estable y no estará sustancialmente afectado por corrientes submarinas. La placa basal puede tener una masa relativamente grande, lo que también aumenta la estabilidad.
De acuerdo con otra realización preferida más, la longitud del medio de transmisión del movimiento es ajustable.
Esto permite, por ejemplo, el ajuste a diferentes niveles de la superficie del mar/lago como en el caso de aguas tidales.
De acuerdo con otra realización preferida más, la carcasa se llena con un líquido.
Esta realización es particularmente significativa si el generador se coloca en agua relativamente profunda, puesto que, de lo contrario, la diferencia de presión haría complicado cerrar herméticamente de forma eficaz la carcasa. Si la carcasa se llena con un líquido de un tipo menos agresivo que el agua salada, se elimina sustancialmente el riesgo de que ésta penetre después, incluso con casquillos comparativamente más sencillos en la carcasa. El generador también se enfría mediante el líquido. El líquido debe tener adecuadamente la misma presión que el entorno.
De acuerdo con otra realización preferida más, la carcasa está hecha principalmente de hormigón.
El hormigón es el material más barato posible que podía usarse en este contexto. Además, en muchos casos es importante que la unidad tenga un gran peso de lastre, y entonces los costes del material son de considerable importancia.
De acuerdo con otra realización preferida más, el cuerpo flotante está conectado mediante el medio de transmisión del movimiento a una pluralidad de generadores.
Dicha duplicación o multiplicación en la parte del generador puede conducir en ciertos casos a una unidad más económica en su totalidad, puesto que cada generador puede ser una unidad completamente convencional, dependiendo de la situación, puede conectarse una cantidad adecuada a uno y al mismo cuerpo flotante.
De acuerdo con otra realización preferida más, los bobinados del estator están conectados a un rectificador. Este rectificador se dispone adecuadamente cerca del generador lineal por debajo de la superficie del agua.
De acuerdo con otra realización preferida más, el generador se dispone para producir un voltaje de frecuencia variable. Esto es porque, después de rectificarla, la señal de salida es un voltaje CC bipolar.
El generador se adecua de este modo al patrón de movimiento creado en el rotor por los movimientos de las olas, dependiendo la variación de velocidad de dónde esté el cuerpo flotante en un ciclo de la ola, y de variaciones superpuestas en el movimiento de la superficie de las olas.
De acuerdo con otra realización preferida más, el medio de transmisión del movimiento comprende un segundo mecanismo de engranaje para realizar un cambio de engranaje del movimiento vertical del cuerpo flotante.
Esto ofrece un método suplementario o alternativo para aumentar la frecuencia del voltaje inducido.
De acuerdo con otra realización preferida más, la unidad comprende una rueda libre dispuesta para convertir movimiento giratorio oscilante en movimiento giratorio unidireccional.
Es cierto que esta realización introduce otro componente más en la unidad. Sin embargo, ofrece a cambio la ventaja de un diseño de bobinado del estator más sencillo y da como resultado un perfil más limpio del voltaje inducido.
De acuerdo con otra realización preferida más, el bobinado del estator consta de un cable que comprende un conductor de corriente, una primera capa semi-conductora alrededor del conductor, una capa aislante de aislamiento sólido alrededor de la primera capa semi-conductora, y una segunda capa semi-conductora alrededor de la capa aislante.
Un bobinado de este tipo puede resistir corriente inducida de voltaje extremadamente alto. De este modo puede eliminarse la necesidad de un transformador entre el generador y la red de suministro eléctrico a la que se le está suministrando la energía. Esto es particularmente importante en el entorno en el que se usa la invención.
Las realizaciones ventajosas de la unidad olamotriz reivindicada descrita anteriormente se definen en las reivindicaciones subordinadas a la reivindicación 1.
La unidad olamotriz reivindicada es muy adecuada para combinación con varias unidades similares para formar una planta olamotriz. El segundo aspecto de la invención se refiere por tanto a dicha planta energética en la que el bobinado del estator de cada unidad olamotriz está conectado mediante un rectificador a un inversor que es común a una pluralidad de unidades olamotrices, inversor que se dispone para suministrar energía a una red de suministro eléctrico.
La plata olamotriz reivindicada proporciona una solución realizable en la práctica para un sistema para producir corriente eléctrica a una escala mayor usando unidades del tipo reivindicado, explotando de este modo sus ventajas, y en la que la conversión a CC y después a CA crea condiciones de transmisión favorables.
De acuerdo con una realización preferida de la planta olamotriz reivindicada, al menos una estación de distribución eléctrica está conectada a la unidad olamotriz, estación de distribución que comprende un recipiente estanco que encierra componentes de distribución, recipiente que está anclado en el fondo del mar.
Para obtener producción de energía económica a partir de unidades generadoras en el mar que utilizan el movimiento de las olas, es importante realizar la optimización técnica no solo de la unidad generadora sino también de todo el sistema requerido para transmitir la energía de cada fuente de energía a una red eléctrica para transmisión y distribución. Un aspecto importante en este documento es que la planta olamotriz se sitúa a alguna distancia de la costa, distancia que algunas veces es considerable.
Gracias a su conexión con una estación de distribución diseñada de esta manera, ésta puede colocarse cerca de la unidad generadora. Esto minimiza las pérdidas y permite que la energía de una pluralidad de unidades olamotrices se transmita mediante un sencillo cable común conectado a la red de suministro eléctrico en tierra. Esto ofrece una solución integral donde la unidad olamotriz y la estación de distribución pueden construirse como módulos convencionales usando componentes convencionales. Además de ser económica en cuanto a construcción y funcionamiento, una planta energética de acuerdo con la invención también ofrece ventajas desde el punto de vista medioambiental puesto que no es necesario construir edificios de distribución en áreas costeras sensibles desde el punto de vista medioambiental.
De acuerdo con otra realización preferida, el sistema comprende una pluralidad de estaciones de distribución, donde cada una está conectada a varias unidades olamotrices. Dicha realización puede ser ventajosa algunas veces si la cantidad de unidades es grande.
De acuerdo con otra realización preferida más, cada estación de distribución está conectada a una estación de recepción dispuesta en tierra.
De acuerdo con otra realización preferida más, al menos una de las estaciones de distribución, normalmente todas ellas, comprenden un transformador de aumento. Como alternativa, o también, se dispone un transformador de aumento en la estación intermedia. Transmitir la energía a un mayor nivel de voltaje consigue una transmisión más favorable desde el aspecto técnico y económico.
De acuerdo con otra realización preferida más, las estaciones de distribución y/o la estación intermedia comprende(n) un convertidor. De este modo puede transmitirse el voltaje favorablemente en forma de CA.
De acuerdo con otra realización preferida más, las estaciones de distribución y/o la estación intermedia comprende(n) medios para almacenar energía. El sistema puede ajustar fácilmente la energía suministrada dependiendo de fluctuaciones de la energía disponible y la energía requerida.
De acuerdo con otra realización preferida más, las estaciones de distribución y/o la estación intermedia comprende(n) medios para filtrar corriente y voltaje de salida y/o de entrada. El voltaje suministrado por las unidades generadoras del tipo en cuestión, puede ser en muchos casos inestable y puede variar en frecuencia y amplitud, así como contener frecuencias heterodinas. La disposición de medios de filtración elimina estos defectos o al menos los reduce de modo que se transmite un voltaje limpio, libre de alteraciones, a la red.
De acuerdo con otra realización preferida más, las estaciones de distribución y/o la estación intermedia está/están llena(s) de un líquido tamponado no corrosivo. Esto previene que penetre agua salada agresiva, y los componentes de las estaciones de distribución e intermedia están protegidos.
De acuerdo con otra realización preferida más, se dispone(n) un filtro y/o un transformador después del inversor. Esto asegura que pueda suministrarse un voltaje limpio, ideal y que éste pueda transportarse además a una red de transmisión o distribución con voltaje aumentado adecuadamente.
De acuerdo con otra realización preferida más, el filtro y/o transformador se dispone(n) en tierra.
Esto ofrece una solución más adecuada desde los puntos de vista de la planta y del funcionamiento que si estos componentes estuvieran situados en el mar.
De acuerdo con otra realización preferida más, cada unidad olamotriz se conecta al inversor mediante un cable dispuesto en o cerca del fondo del mar o del lago.
Puesto que el cable se dispone cerca del fondo del mar hay menos riesgo que en otras circunstancias de que cause cualquier alteración al entorno o de que interfiera con el.
Las realizaciones ventajosas de la planta olamotriz reivindicada descrita anteriormente, se definen en las reivindicaciones subordinadas a la reivindicación 24.
En un tercer aspecto de la invención, el objetivo fijado se consigue mediante el uso de la unidad olamotriz o la planta olamotriz reivindicada para generar energía eléctrica, obteniendo de este modo ventajas del tipo indicado anteriormente.
El objetivo fijado se consigue en un cuarto aspecto de la invención en el cual un método del tipo descrito en el preámbulo a la reivindicación 37 comprende las medidas especiales de encerrar al menos el estator del generador en una carcasa estanca, anclar la carcasa en el fondo del mar/lago, y disponer medios mecánicos de transmisión del movimiento para transmitir movimientos verticales del cuerpo flotante a movimientos giratorios del rotor del generador.
De acuerdo con una realización preferida, el método reivindicado se utiliza mientras se hace uso de la unidad olamotriz y las realizaciones preferidas de la misma.
De este modo se obtienen ventajas equivalentes a las descritas anteriormente para la unidad olamotriz y sus realizaciones preferidas.
De acuerdo con otra realización preferida del método reivindicado, se ajusta la constante elástica de modo que se obtenga resonancia con el movimiento del cuerpo flotante que se estima que se produce durante la mayor parte del tiempo.
De acuerdo con otra realización preferida más, la energía generada se transporta a una estación de distribución, cuyos componentes se disponen en un recipiente estanco, recipiente que está anclado en el fondo del mar.
Las realizaciones preferidas del método reivindicado descrito anteriormente se definen en las reivindicaciones subordinadas a la reivindicación 37.
La invención se describe con más detalle en la siguiente descripción detallada de ejemplos ventajosos de la misma, en referencia a los dibujos adjuntos.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una vista esquemática del lateral de una unidad olamotriz de acuerdo con la invención.
La Figura 2 ilustra el cuerpo giratorio y el rotor de una unidad de acuerdo con la invención.
Las Figuras 3 y 4 muestran realizaciones alternativas del cuerpo giratorio.
La Figura 5 es un diagrama de circuito que muestra como se combinan una pluralidad de unidades para formar una planta olamotriz.
La Figura 5a muestra un ejemplo de rectificación alternativo.
La Figura 6 es una sección transversal a través de un cable en el bobinado del estator de acuerdo con una realización de la invención.
La Figura 7 es una vista esquemática desde el lateral de un generador de acuerdo con una realización alternativa de la invención.
La Figura 8 muestra una vista desde el lateral de un componente en una unidad de acuerdo con una realización de la invención.
La Figura 9 es una vista lateral de otra realización alternativa de la unidad de acuerdo con la invención.
La Figura 10 es un diagrama que ilustra otro componente de una unidad de acuerdo con una realización de la invención.
La Figura 11 es un diagrama que ilustra otro componente.
La Figura 12 ilustra como la unidad olamotriz forma una planta olamotriz y como ésta está conectada a una red de suministro eléctrico.
La Figura 13 ilustra una vista lateral de la unidad olamotriz conectada a una estación de distribución.
La Figura 14 ilustra un método alternativo para conectar la unidad olamotriz a una red de suministro.
Las Figuras 15-18 son diagramas que ilustran diversos ejemplos para convertir el voltaje en una planta energética de acuerdo con la invención.
La Figura 19 ilustra un ejemplo de rectificación alternativo.
La Figura 1 muestra una vista lateral de una unidad olamotriz de acuerdo con la invención. Se dispone un cuerpo flotante 3 para que flote en la superficie 2 del océano. Un generador eléctrico sincrónico 5 con un rotor imán permanente se ancla mediante una placa basal 8 fijada en el fondo del mar. El generador 5 se dispone en una carcasa estanca entre la placa basal 8 y una tapa 6. La carcasa es resistente al agua salada y estanca. Posiblemente puede llenarse con un gas o un líquido. El árbol del rotor 9 del generador 5 se prolonga al exterior a través de una entrada cerrada herméticamente en una pared de la carcasa. Se fija un cuerpo giratorio 10 a la parte que sobresale del árbol del rotor 9. El cuerpo giratorio 10 tiene forma de cilindro circular con superficie de envuelta cóncava. El árbol se apoya de forma que puede girar en un primer cojinete 11 dispuesto a un lado del cuerpo giratorio 10 en el lado opuesto a la carcasa, y un segundo cojinete 12 y un tercer cojinete 13 dispuestos a cada lado de la carcasa.
Un cable 4 se fija por un extremo al cuerpo flotante 3 y por su otro extremo al cuerpo giratorio 10. El cable 4 se fija al cuerpo giratorio 10 de tal manera que puede enrollarse en el cuerpo. Se une a la carcasa un cable guía 14, a través del cual se desplaza el cable 4. Se dispone un resorte 15 para ejercer una fuerza de torsión sobre el árbol del rotor 9 en una primera dirección de giro. El resorte puede ser un resorte cilíndrico helicoidal del tipo resorte de reloj. También puede disponerse un resorte en el otro extremo del generador. La constante elástica puede controlarse mediante un dispositivo de control 19. El dispositivo de control está adecuadamente teledirigido.
Los movimientos de las olas en la superficie 2 del océano imparten un movimiento vertical de ida y vuelta al cuerpo flotante 3. Cuando el cuerpo flotante 3 está en una depresión de la ola, parte del cable se enrollará alrededor del cuerpo giratorio 10. Cuando el cuerpo flotante se eleva desde esta posición por el movimiento de las olas, el cable abandona el cuerpo giratorio 10 de modo que se le hace girar en dirección opuesta a la del resorte 15, tensándose por lo tanto este último. Esto continúa hasta que el cuerpo flotante 3 ha alcanzado la cresta de una ola. Durante el posterior movimiento descendente del cuerpo flotante 3, el resorte 15 que se encuentra bajo tensión por el movimiento ascendente, hará girar el cuerpo giratorio en la dirección opuesta de modo que el cable se enrolla en el cuerpo giratorio. Puede obtenerse un punto de funcionamiento de resonancia ajustando el resorte. Los movimientos del cuerpo flotante 3 se convierten de este modo en un movimiento giratorio oscilante del cuerpo giratorio 10, y por tanto también del rotor del generador 5.
Un cable 16 está conectado al bobinado del estator del generador y, mediante una entrada de cable, transporta la corriente fuera de la carcasa. Dentro de la carcasa el cable está provisto de un interruptor del circuito o contactor 21 y un diodo 22 para la rectificación. El diodo puede controlarse mediante, por ejemplo un tiristor, IGBT o GTO, o puede no estar controlado.
También pueden disponerse en la carcasa componentes para supervisión y control.
Como se muestra en la Figura 2, el cuerpo giratorio 10 tiene un diámetro considerablemente menor que el del rotor 17. Las Figuras 3 y 4 ilustran un par de realizaciones alternativas del cuerpo giratorio. En la Figura 3 el cuerpo giratorio 10 está provisto de rebordes en los extremos 18 para asegurar que el cable no se desliza hacia fuera. En el ejemplo que se muestra en la Figura 4 esto se consigue siendo el cuerpo giratorio 10 cóncavo como se ve en una sección longitudinal.
De este modo se obtiene un cambio de engranaje que da al rotor una velocidad periférica que es proporcionalmente mayor que la velocidad periférica del cuerpo giratorio. Pueden disponerse naturalmente mecanismos para aumento adicional.
Una planta olamotriz de acuerdo con la invención consta de dos o más unidades del tipo descrito anteriormente. La Figura 5 ilustra como éstas están conectadas en conjunto para suministrar energía a una red de suministro eléctrico. En el ejemplo mostrado, la planta energética consta de tres unidades, denominadas simbólicamente 20a-20c. Cada unidad está conectada mediante un interruptor o contactor 21 y un rectificador 22 a un inversor 23 en una conexión bipolar de acuerdo con la figura. Sólo se ha dibujado el diagrama del circuito para la unidad 20a. Se entenderá que las otras unidades 20b, 20c se conectan de manera correspondiente. El inversor 23 suministra corriente trifásica a la red de suministro eléctrico 25, posiblemente mediante un transformador 24 y/o un filtro.
Los rectificadores pueden ser diodos, que pueden estar controlados y ser de tipo IGBT, GTO o tiristores, pueden comprender componentes bipolares controlados o pueden no estar controlados. Los voltajes en el lado CC pueden conectarse en paralelo o en serie, o una combinación de los dos.
Como alternativa, puede usarse un rectificador de onda completa del tipo que se ilustra en la Figura 5a.
La Figura 6 muestra una sección transversal a través de un cable de alto voltaje que puede ser ventajoso usar para el bobinado del estator en ciertas aplicaciones de la invención. El cable consta de un núcleo con una o más partes de hilo 31 de cobre. El núcleo está rodeado por una capa semiconductora interna 32. Fuera de esto hay una capa de aislante sólido 33, por ejemplo, aislante PEX. Alrededor del aislante hay una capa semiconductora externa 34. Cada una de las capas semiconductoras forma una superficie equipotencial.
La Figura 7 ilustra de forma esquemática, vista desde un lado, una realización alternativa del generador en una unidad olamotriz de acuerdo con la invención. En este ejemplo solamente el estator está encerrado en la carcasa 6 que puede ser de hormigón. Por tanto el rotor 17 no está encerrado. Éste está situado fuera del estator. Los movimientos verticales del cuerpo flotante se transmiten aquí directamente al rotor 17 puesto que el cable 4 está unido a la parte externa del rotor. Cuando el cuerpo flotante (no mostrado en esta figura) se mueve arriba y abajo, el cable se desenrolla y enrolla en el rotor 17 de modo que éste realiza un movimiento giratorio oscilante. El rotor está unido mediante cojinetes directamente a la parte externa de la carcasa 6.
La Figura 8 ilustra cómo el cable 4 está provisto de un dispositivo de control que controla su longitud activa, es decir la distancia entre el cuerpo flotante 3 y el generador 6. En este caso el dispositivo de control consta de un rodillo 29 fijado al cuerpo flotante, rodillo en el que puede enrollarse una parte del cable. El dispositivo de control también puede diseñarse de alguna manera diferente o, como alternativa, puede disponerse en el punto de conexión del cable al rotor, o en algún otro punto a lo largo del cable. El dispositivo de control permite ajustar la longitud del cable a las condiciones variables del agua tidal. También puede usarse para colocar el cuerpo flotante inmediatamente por debajo de la superficie del agua. Cuando el medio de conexión es de algún tipo diferente a un cable, alambre, cadena o barras unidas, se usará un dispositivo de control adecuado parta el tipo particular.
La Figura 9 muestra un ejemplo en el que un cuerpo flotante 3 es común a dos generadores diferentes 6a, 6b. El cable 4 está conectado a una barra horizontal 38 que, mediante los cables 4a, 4b, está conectada a los respectivos generadores 4a, 4b.
La Figura 10 ilustra una realización en la que el cable está provisto de un mecanismo de engranaje. En la realización mostrada, el mecanismo de engranaje consta de un pistón 30 fijado a la parte superior 4d del cable y dispuesto para moverse arriba y abajo de forma hermética en un recipiente 32 lleno de líquido, y de un pistón 31 conectado a la parte inferior 4c del cable y dispuesto de manera similar para moverse arriba y abajo en el recipiente 32. El pistón 30 conectado al cable 4d y la parte del recipiente 32 que coopera con él tienen un diámetro mayor que el pistón 31 conectado al cable 4c y la parte del recipiente 32 que coopera con este pistón. La posición del recipiente se fija de forma adecuada. Con esta disposición se obtiene una proporción entre el movimiento vertical del cable superior 4d y el movimiento vertical del cable inferior 4c que corresponde a la proporción de área entre los pistones. El mecanismo de engranaje puede diseñarse como alternativa como un sistema de unión, rueda dentada o usando tornillos de diferente alcance. El mecanismo de engranaje también puede diseñarse de modo que sea posible el ajuste de la proporción de engranaje.
La Figura 11 ilustra como está conectado el cuerpo giratorio 10 al rotor 17 mediante una rueda libre 28. La rueda libre 28 se dispone para convertir el movimiento giratorio oscilante del cuerpo giratorio 10 en movimiento giratorio unidireccional del rotor 17.
La Figura 12 ilustra una planta olamotriz con una pluralidad de generadores 20a, 20b, 20c interconectados. Se dispone un rectificador en cada generador y, mediante cables 39 dispuestos en el fono del mar, se conduce la corriente CC a una estación en tierra con un inversor 23, un transformador 24 y un filtro 41 de donde se suministra la energía eléctrica a una red de distribución o transmisión. Puede omitirse el transformador si se usa un bobinado del tipo mostrado en la Figura 6.
La Figura 13 es un esquema en plano básico que ilustra otra realización ventajosa de la invención. Una estación de distribución 101 se dispone descansando sobre el fondo del mar B. La estación de distribución 101 consta de un recipiente estanco formado por una carcasa 102 y una placa de fondo 103 que puede ser, por ejemplo, de hormigón. La estación de distribución 101 está anclada al fondo del mar B. Los generadores 104-109 de varias unidades olamotrices están conectados a la estación de distribución.
Cada unidad generadora 104-109 está conectada eléctricamente con la estación de distribución 101 mediante cables 110-115 que, mediante entradas a través de la carcasa 102, están conectados a los componentes del interior de la estación de distribución. El voltaje se suministra desde cada unidad en forma de bajo voltaje continuo o voltaje alterno.
Los componentes en la estación de distribución 101 son de tipo convencional y no se muestran en las figuras. Estos componentes pueden incluir semiconductores, conversores, interruptores, dispositivos de medición, protecciones de relé, desviadores de tensión y otros dispositivos de protección contra sobre-voltaje, medios de toma de tierra, acopladores de carga o desconectores así como transformadores.
La estación de distribución suministra un voltaje de salida directo o alterno, preferiblemente alto voltaje, a través de cables de salida 116. El voltaje alterno tiene frecuencia baja y puede ser trifásico o multifásico. También pueden usarse frecuencias convencionales tales como 50 ó 60 Hz.
El bajo voltaje de entrada se convierte a alto voltaje de salida mediante el transformador en la estación de distribución. El convertidor o inversor en la estación de distribución se usa cuando es necesario para el convertidor CC-CA o viceversa.
El voltaje se suministra a una estación de recepción situada en tierra, posiblemente mediante una estación intermedia, para alimentar a una red de suministro eléctrico.
La Figura 14 ilustra un ejemplo de un sistema de acuerdo con la invención que puede ser conveniente cuando se incluyen en el sistema gran cantidad de unidades generadoras. La figura es una representación simbólica del sistema visto en perspectiva a vista de pájaro y muestra un área marina H a la izquierda de la figura y un área de tierra L a la derecha. Los componentes a la izquierda de la figura se sitúan parcialmente por debajo y parcialmente por encima de la superficie del agua.
El sistema comprende un primer grupo de unidades generadoras 104a-106a, un segundo grupo de unidades generadoras 104b-106b y un tercer grupo de unidades generadoras 104c-106-c. Las unidades generadoras 104a-106a del primer grupo están conectadas, mediante cables submarinos, a una primera estación de distribución 101a situada por debajo de la superficie del agua. Análogamente, los otros dos grupos de generadores 104b-106b y 104c-106c están conectados a una segunda estación de distribución 101b y a una tercera estación de distribución 101c, respectivamente. Cada una de las estaciones de distribución 101a-101c está conectada mediante cables submarinos 116a-116c a una estación intermedia 117, situada también por debajo de la superficie del agua. El voltaje se conduce desde la estación intermedia 117 en forma de voltaje alterno trifásico de baja frecuencia mediante cables submarinos 118 hasta una estación de recepción 119 situada en tierra. El voltaje se convierte en la estación de recepción a una frecuencia convencional tal como 50 ó 60 Hz.
La distancia entre las unidades generadoras y la estación de recepción puede ser desde un kilómetro o así, hasta varias decenas de kilómetros. Cuando se construye el sistema como se muestra en la Figura 14, puede optimizarse la distancia entre, por un lado, la estación de distribución y la estación intermedia y, por otro lado, la estación intermedia y la estación de recepción.
La transmisión desde las unidades generadoras hasta una estación de recepción en tierra puede tener lugar de diversas maneras con diversas conversiones de voltaje. Las Figuras 15 a 18 ilustran de forma esquemática algunos ejemplos de esto. En cada ejemplo las unidades generadoras se disponen a la izquierda y la estación de recepción en tierra L a la derecha en las figuras. El número 121 designa un convertidor/inversor y el 122 un transformador de aumento. En las Figuras 15 y 16 las unidades generadoras suministran voltaje continuo que en la Figura 15 se transmite a tierra en forma de voltaje alterno y en la Figura 16 en forma de voltaje continuo.
En las Figuras 17 y 18 las unidades generadoras suministran voltaje alterno que se convierte en voltaje continuo. En la Figura 17 éste se transmite a tierra en forma de voltaje alterno y en la Figura 18 en forma de voltaje continuo.
Se muestran muchas otras alternativas dentro del alcance de la invención, tales como un rectificador de onda completa del tipo que se ilustra en la Figura 19.
También pueden alojarse reservas de energía y filtros en cada estación de distribución 111 y/o en la estación intermedia 117. Las reservas de energía pueden constar de, por ejemplo, pilas, capacitores, tipos de SMES, volantes o combinaciones de los mismos. Los filtros pueden comprender componentes activos de manera similar a los convertidores. También son posibles filtros LC pasivos y componentes electromecánicos tales como convertidores de volante o condensadores sincrónicos.

Claims (43)

1. Una unidad olamotriz para la producción de energía eléctrica, que comprende un cuerpo flotante y un generador eléctrico giratorio conectado mecánicamente al cuerpo flotante, disponiéndose un medio mecánico de transmisión del movimiento para la transmisión de movimientos verticales del cuerpo flotante a movimientos giratorios del rotor del generador, en el que el rotor está conectado a un cuerpo giratorio, cuerpo giratorio que está conectado al medio de transmisión del movimiento, y al menos la parte inferior del medio de transmisión del movimiento (4) consta de un componente que puede enrollarse, por ejemplo un cable (caracterizada porque el medio de transmisión del movimiento (4) se fija por su extremo superior al cuerpo flotante (3) y por su extremo inferior al cuerpo giratorio (10)).
2. Una unidad olamotriz de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque al menos el estator del generador está encerrado en una carcasa anclada en el fono del mar/lago.
3. Una unidad olamotriz de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizada porque el rotor también está encerrado en la carcasa.
4. Una unidad olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, caracterizada porque el rotor se sitúa en la parte externa del estator.
5. Una unidad olamotriz de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-4, caracterizada porque el cuerpo giratorio se dispone fuera de la carcasa.
6. Una unidad olamotriz de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-5, caracterizada porque comprende un primer mecanismo de engranaje que efectúa un cambio de engranaje entre los movimientos del cuerpo giratorio y del rotor.
7. Una unidad olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, caracterizada porque el cuerpo giratorio (10) y el rotor (17) se disponen en un árbol (9) común, sustancialmente horizontal.
8. Una unidad olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, caracterizada porque el cuerpo giratorio (10) tiene sección transversal circular y porque el diámetro del rotor (17) es mayor que el del cuerpo giratorio (10).
9. Una unidad olamotriz de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque el medio de transmisión del movimiento se fija por su extremo superior al cuerpo flotante y por su extremo inferior al rotor y porque al menos la parte inferior del medio de transmisión del movimiento consta de un componente que puede enrollarse, por ejemplo un cable.
10. Una unidad olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-9, caracterizada porque está provista de un medio de resorte (15) dispuesto para ejercer una fuerza de torsión sobre el rotor (10).
11. Una unidad olamotriz de acuerdo con la reivindicación 10, caracterizada porque la constante elástica del medio de resorte es ajustable.
12. Una unidad olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-11, caracterizada porque la carcasa (6, 8) comprende una placa basal (8), disponiéndose dicha placa basal para que descanse sobre el fondo (1) del mar/lago.
13. Una unidad olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-12, caracterizada porque la longitud del medio de transmisión del movimiento es ajustable.
14. Una unidad olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-13, caracterizada porque la carcasa está llena de un líquido.
15. Una unidad olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-14, caracterizada porque la carcasa está hecha principalmente de hormigón.
16. Una unidad olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-15, caracterizada porque el cuerpo flotante está conectado a una pluralidad de generadores.
17. Una unidad olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-16, caracterizada porque el bobinado del estator está conectado a un rectificador, rectificador que preferiblemente se dispone cerca del generador por debajo de la superficie del agua, preferiblemente dentro de la carcasa.
18. Una unidad olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-17, caracterizada porque el generador se dispone para producir un voltaje de frecuencia variable.
19. Una unidad olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-18, caracterizada porque el medio de transmisión del movimiento comprende un segundo mecanismo de engranaje para efectuar una proporción de engranaje del movimiento vertical del cuerpo flotante.
20. Una unidad olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-19, caracterizada porque comprende una rueda libre dispuesta para convertir movimiento giratorio oscilante en movimiento giratorio unidireccional.
21. Una unidad olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-20, caracterizada porque el bobinado del estator consta de un cable que comprende un conductor de corriente (31), una primera capa semi-conductora (32) alrededor del conductor, una capa de aislamiento (33) de aislante sólido alrededor de la primera capa semi-conductora (32), y una segunda capa semi-conductora (34) alrededor de la capa de aislamiento (33).
22. Una planta olamotriz que comprende una pluralidad de unidades olamotrices de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-21, caracterizada porque el bobinado del estator de cada unidad olamotriz está conectado mediante un rectificador (22) a un inversor (23) que es común a una pluralidad de unidades olamotrices, inversor (23) que se dispone para suministrar energía a una red de suministro eléctrico.
23. Una planta olamotriz de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizada porque al menos una estación de distribución está conectada a la unidad olamotriz, estación de distribución que comprende un recipiente estanco que aloja componentes de distribución, recipiente que está anclado en el fondo del mar.
24. Una planta olamotriz de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizada porque una pluralidad de estaciones de distribución están conectadas a la unidad olamotriz, estando cada estación de distribución conectada a varias unidades olamotrices.
25. Una planta olamotriz de acuerdo con la reivindicación 23 o la reivindicación 24, caracterizada porque cada estación de distribución está conectada a una estación de recepción dispuesta en tierra.
26. Una planta olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 23-25, caracterizada porque al menos una de las estaciones de distribución comprende un transformador de aumento y/o una estación intermedia que comprende un transformador de aumento.
27. Una planta olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 23-26, caracterizada porque al menos una de las estaciones de distribución y/o la estación intermedia comprende un convertidor.
28. Una planta olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 23-27, caracterizada porque al menos una de las estaciones de distribución y/o la estación intermedia comprende medios para almacenar energía.
29. Una planta olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 27-28, caracterizada porque al menos una de las estaciones de distribución y/o la estación intermedia comprende medios de filtración para filtrar corriente y voltaje de salida y/o de entrada.
30. Una planta olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 23-29, caracterizada porque al menos una de las estaciones de distribución y/o la estación intermedia está llena de líquido tamponado, no corrosivo.
31. Una planta olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 22-30, caracterizada porque un filtro y/o un transformador se dispone(n) después del inversor.
32. Una planta olamotriz de acuerdo con la reivindicación 22, caracterizada porque el inversor, filtro y/o transformador se dispone(n) en tierra.
33. Una planta olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 22-32, caracterizada porque cada unidad olamotriz está conectada al inversor mediante un cable dispuesto sobre o cerca del fondo del mar o lago.
34. El uso de una unidad olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-21 o una planta olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 22-23 para generar energía eléctrica.
35. Un método para generar energía eléctrica conectando mecánicamente un cuerpo flotante a un generador eléctrico giratorio, disponiéndose el medio de transmisión del movimiento eléctrico para transmitir movimientos verticales del cuerpo flotante a movimientos giratorios del rotor del generador, rotor que está conectado a un cuerpo giratorio, cuerpo giratorio que está conectado al medio de transmisión del movimiento, medio de transmisión del movimiento que se fija por su extremo superior al cuerpo flotante y por su extremo inferior al cuerpo giratorio, y en el que al menos la parte inferior del medio de transmisión del movimiento consta de un componente que puede enrollarse, por ejemplo un cable.
36. Un método de acuerdo con la reivindicación 35, caracterizado porque el método se utiliza mientras se hace uso de una unidad olamotriz de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-21.
37. Un método de acuerdo con la reivindicación 36, caracterizado porque el medio de resorte con constante elástica ajustable se aplica para ejercer una fuerza de torsión sobre el rotor y porque el medio de resorte se ajusta de modo que se obtenga resonancia con el movimiento del cuerpo flotante que se calcula que se produce durante la mayor parte del tiempo.
38. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 35-37, caracterizado porque la energía generada se conduce a una estación de distribución, cuyos componentes se disponen en un recipiente estanco, recipiente que está anclado en el fondo del mar.
39. Un método de acuerdo con la reivindicación 38, caracterizado porque la estación de distribución está conectada a una estación de recepción dispuesta en tierra.
40. Un método de acuerdo con la reivindicación 39, caracterizado porque una pluralidad de estaciones de distribución están conectadas a una estación intermedia común, estación intermedia que está conectada a la estación de recepción.
41. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 38-40, caracterizado porque al menos una de las estaciones de distribución y/o la estación de recepción se dispone(n) por debajo de la superficie del agua, preferiblemente cerca del fondo del mar.
42. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 38-41, caracterizado porque el voltaje generado se transforma en aumento en al menos una de las estaciones de distribución y/o la estación intermedia.
43. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 38-42, caracterizado porque el voltaje de salida de al menos una de las estaciones de distribución y/o de la estación intermedia es voltaje alterno.
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