ES2319156B1 - Generador de energia a partir del oleaje. - Google Patents

Abstract

Generador de energía a partir del oleaje, que comprende un cuerpo central vertical (1) dotado superiormente de un primer eje horizontal (2) sobre el que puede girar libremente un primer cuerpo (3), en el que se soporta un segundo eje (4) sobre el que puede girar libremente un segundo cuerpo (5); estando el primer (2) y segundo eje (4) dispuestos formando un ángulo, para que el movimiento de las olas produzca el giro del primer cuerpo (3), segundo cuerpo (5), o ambos dependiendo de la dirección de las olas, obteniendo energía mecánica. Al menos el segundo cuerpo (5) es un flotador. Comprende medios de extracción de la energía mecánica transmitida del oleaje al primer (3) y segundo (5) cuerpos y medios de transformación de dicha energía mecánica en energía eléctrica. El funcionamiento del generador es independiente de la dirección del oleaje. Prevé que el generador pueda ser resonante para una determinada frecuencia, mediante la incorporación de resortes (20) que condicionan el movimiento relativo entre los cuerpos (1, 3 y 5).

Description

Generador de energía a partir del oleaje.

Objeto de la invención

La presente invención consiste en un generador de energía que realiza la absorción de energía del oleaje, para su posterior conversión a cualquier otro tipo de energía, preferentemente eléctrica; que tiene por objeto permitir realizar la absorción de energía de las olas en cualquier dirección en la que éstas se propaguen, y todo ello con independencia de la variación del nivel medio del mar, por mareas u otros fenómenos.

Es otro objeto de la invención el proporcionar un generador resonante para el oleaje más frecuente en el lugar de instalación, de tal forma que se obtenga la máxima amplitud de oscilación, y por tanto máxima energía absorbida para dicho oleaje más frecuente.

La invención realiza la extracción de la energía, la transforma, procesa y entrega a una carga. La carga típica, sin perjuicio de otros, será eléctrica, ya sea aislada o la propia red. Se considera por tanto el campo de la generación de energía eléctrica como preferente aplicación de la invención.

Antecedentes de la invención

Diversas tecnologías se encuentran en desarrollo con objeto de extraer de forma eficiente y fiable la energía del oleaje marino. Dichas tecnologías se basan en la interacción de un cuerpo o fluido con la ola que se propaga por la superficie del mar. En el caso de un fluido, la ola interactúa con el aire de una cámara, son los llamados sistemas de columna oscilante (OWC). En el caso de un cuerpo, la ola interactúa con un sólido en su superficie o debajo de ella, produciendo un movimiento, en algunos casos, o deformación en otros. Entre los dispositivos basados en el movimiento de un sólido se encuentra la presente invención.

El estado de la técnica de los dispositivos basados en el movimiento de un sólido, puede clasificarse en absorbedores puntuales, atenuadores, y terminadores, en función de sus dimensiones respecto al frente de la onda de la ola, siendo los absorbedores puntales aquellos que en el plano horizontal son mucho menores que la longitud de onda típica del oleaje, los terminadores aquellos cuya dimensión horizontal paralela al frente de onda es del orden de la longitud de onda o incluso más, y atenuadores aquellos dispositivos cuya dimensión horizontal perpendicular al frente de onda es del orden de dicha longitud de onda.

Entre los antecedentes también se pueden encontrar aquellos dispositivos que operan en la superficie y los que lo hacen semisumergidos o sumergidos por completo. La ventaja de trabajar sumergido es la relativa insensibilidad en caso de tormentas y otras contingencias medio ambientales, a costa de una menor energía disponible en condiciones normales de funcionamiento.

La conversión del movimiento del cuerpo inducido por el oleaje en energía, se realiza mediante la aplicación de una fuerza o par antagonista. Típicamente se usan sistemas hidráulicos, apropiados a este efecto, dado que las velocidades del fluido asociadas a la propagación de las olas son bajas.

De los seis grados de libertad en los que puede moverse un cuerpo sólido, se han presentado soluciones en las que se hace uso de uno, dos e incluso tres de estos grados de libertad.

Una ventaja de los absorbedores puntuales funcionando en base a un movimiento de desplazamiento vertical arriba- abajo entre dos cuerpos, producido por la ola a su paso por un cuerpo flotante, es que no hay que reorientar dichos cuerpos al cambiar la dirección del oleaje incidente. Esta solución se adopta por ejemplo, en el documento de patente NO 20062017 perteneciente a Ocean Power Technologies. Estos sistemas que hacen uso de una oscilación vertical para la absorción de energía tienen como inconveniente la dificultad de sobredimensionarlos con moderado coste de cara a resistir situaciones ambientales comprometidas, como puedan ser situaciones de mar brava. Por el contrario en los sistemas que usan movimiento de rotación respecto a un eje horizontal, como es el aquí presentado, el coste de asegurar la integridad del sistema es menor, puesto que el hecho de permitir mayores giros no aporta un coste adicional grande al sistema. Este es el caso de la presente invención, que usa el movimiento relativo de rotación alrededor de un eje horizontal para la extracción de energía, siendo por tanto menos costoso, en términos relativos al coste total del sistema, sobredimensionarlo de cara a la supervivencia del sistema en un temporal en comparación con los sistemas que usan la oscilación lineal en dirección vertical.

Otros absorbedores como el "Salter duck" que se describe en el documento de patente CA 1 032 853, presentan un sistema tipo terminador que aprovecha la oscilación rotacional inducida por el oleaje, gracias al movimiento de cabeceo que induce la ola en sus partes móviles. El problema de este sistema es que requiere ser orientado en función de la dirección de incidencia del oleaje, lo cual limita y complica su operación. Algo similar ocurre con el sistema conocido como "Pelamis" que se describe en el documento de patente (US 2006/0273593 A1) que pertenece a la familia de los atenuadores, el cual hace uso del movimiento relativo de rotación entre dos cuerpos cilíndricos cuyas generatrices se sitúan en el plano horizontal. El hecho de ser un atenuador hace que requiera ser orientado en función de la dirección del oleaje incidente, si bien su forma hace que pueda auto-orientarse aunque en periodos de tiempo bastante mayores que los periodos característicos de la ola. La presente invención, por el contrario, no requiere ser orientada en función del oleaje incidente, posibilitando la operación del sistema en modo continuo para todas las olas incidentes sin necesidad de periodos de orientación ni sistemas auxiliares para hacerlo.

Conceptualmente puede afirmarse que la mayor parte de los dispositivos del estado de la técnica que hacen uso de oscilaciones rotacionales relativas entre los cuerpos alrededor de un eje, generalmente paralelo al frente de onda, como es el dispositivo conocido como "McCabe Wave Pump" que se describe en el documento de patente GB 2 113 311 A, o como son los dispositivos descritos en los documentos de patente WO 2008/063086 A2 y GB 2 262 572 A, pueden ser materializados como terminadores o como absorbedores puntuales, siendo la referencia para considerarlo puntual el tamaño del dispositivo en la dirección del frente de onda incidente en relación a la longitud de onda del oleaje. A pesar de esta denominación, ha de señalarse que los verdaderos absorbedores puntuales son aquellos cuya absorción no depende de la dirección de propagación de la ola incidente. En este sentido puede citarse el documento de patente EP 1 439 306 Al, perteneciente a la compañía WAVEBOB LTD., en el que se describe un absorbedor capaz de capturar energía mediante el uso, entre otros, de la oscilación rotacional relativa entre dos cuerpos. El sistema es independiente de la dirección de propagación del oleaje dado que la oscilación puede producirse en dos grados de libertad. Dichos cuerpos no pueden estar ligados por un eje, al requerirse dos grados de libertad mutuos. Esto le resta robustez al sistema, cuestión que se mejora mediante la presente invención al usarse dos ejes ligando tres cuerpos. En general los ejes son elementos más robustos que las rótulas cuando se requieren muchos ciclos de funcionamiento, precisan un menor mantenimiento, y son además mejores cuando se pretende un alto rendimiento mecánico en la transferencia de energía.

Descripción de la invención

Para conseguir los objetivos y resolver los inconvenientes anteriormente indicados, la invención ha desarrollado un nuevo generador de energía a partir de la absorción de la energía producida por el oleaje del tipo de los considerados como absorbedores puntuales, que se sitúa en la superficie, y hace uso de dos grados de libertad rotacionales.

La principal novedad de la invención radica en que comprende un cuerpo central vertical que se amarra al fondo con objeto de evitar la deriva y que está dotado superiormente de un primer eje horizontal en el que puede girar libremente un primer cuerpo dispuesto alrededor del cuerpo central vertical, y en el que se soporta un segundo eje en el que puede girar libremente un segundo cuerpo dispuesto alrededor del primer cuerpo. El primer y segundo eje están dispuestos formando un cierto ángulo, es decir dichos ejes no son paralelos, para que el movimiento de las olas produzca el giro del primer cuerpo, segundo cuerpo o ambos, dependiendo de la dirección de las olas de manera que se obtiene energía mecánica. Al menos el segundo cuerpo está constituido por un flotador, y el cuerpo central vertical y el primer cuerpo pueden ser no flotadores siempre que se mantenga el generador sobre la superficie del mar.

En la realización preferente el primer y segundo eje están dispuestos perpendicularmente.

Cabe señalar que el cuerpo central vertical tiene mayor dimensión vertical que el primer y segundo cuerpo, para conseguir la estabilidad de dicho cuerpo central vertical al paso de las olas al presentar una inercia rotacional mucho mayor respecto de un eje de giro horizontal. Por tanto el cuerpo central vertical es alargado para garantizar y ganar inercia para giros respecto del primer y segundo eje, a lo que añade la incorporación de un lastre, o la inclusión de un plato de arrastre, muy usado para la estabilización hidrodinámica de dispositivos flotantes, u otros sistemas de estabilización.

En consecuencia, la solución propuesta presenta dos grados de libertad de movimiento. La combinación de estas dos rotaciones respecto del primer y segundo eje, es lo que determina la gran novedad de la invención. Así el segundo cuerpo percibe la composición de las dos rotaciones del primer y segundo eje, ya que gira junto con el primer cuerpo alrededor del primer eje y gira respecto del primer cuerpo alrededor del segundo eje. Por tanto el giro absoluto del segundo cuerpo se realiza alrededor de un tercer eje, no existente de forma física. Dicho tercer eje tendrá distinta dirección en función de la magnitud de los giros en el primer y segundo eje, y dichos giros están condicionados por la interacción con la ola incidente. Los giros sobre el primer y el segundo eje deben de ser tales que la composición lleve al segundo cuerpo a oscilar respecto de un tercer eje paralelo al frente de onda incidente. Esto elimina la dependencia del generador respecto de la dirección de propagación de la ola incidente, pudiéndose extraer energía de las olas propagándose en cualquier dirección. El generador es auto- regulable, en tanto en cuanto la ola incidente se encarga de imponer los giros necesarios en el primer y segundo eje para que dicho tercer eje sea paralelo al frente de onda.

La invención es escalable, lo cual es una ventaja intrínseca, siempre respetando los límites de las dimensiones marcados por la ola, es decir, permanecer en dimensiones en el plano horizontal menores que la mitad de la longitud de onda característica del régimen de olas presente en el lugar de instalación del generador.

La invención prevé la incorporación de medios de extracción de energía mecánica y medios de transformación de energía mecánica en energía eléctrica, estando ambos medios constituidos por medios eléctricos o medios hidráulicos preferentemente.

Los medios de transformación de energía mecánica en eléctrica se encuentran dispuestos en el interior del cuerpo central vertical.

Respecto a los medios hidráulicos de transformación de energía mecánica en eléctrica cabe señalar que estos están dotados de conducciones de un fluido, en tanto que los medios eléctricos de conversión de energía mecánica en eléctrica están dotados de cableados, de manera que en cualquiera de estos dos casos, tanto las conducciones como los cableados discurren por el interior del primer y segundo cuerpo y del primer y segundo eje hasta el cuerpo central vertical en el que se incluyen los medios de transformación de energía mecánica en eléctrica, según ya fue comentado.

Los medios hidráulicos de extracción de energía mecánica comprenden máquinas hidráulicas acopladas a los extremos del primer y segundo eje y producen el desplazamiento de un fluido; incorporando además dichos medios hidráulicos de extracción de energía mecánica un calderín de almacenamiento del fluido a alta presión, un depósito a presión atmosférica, y un motor hidráulico que acoplado a una máquina eléctrica proporciona energía eléctrica a una carga, que bien puede ser una carga aislada, o la propia red eléctrica.

La invención prevé que el acoplamiento de las máquinas hidráulicas a los extremos de los ejes se pueda efectuar directamente o mediante medios de multiplicación mecánica del movimiento según las necesidades requeridas por el generador.

Las máquinas hidráulicas puedan funcionar como bomba y como motor de cilindrada variable, ambos de doble sentido de giro, que son gobernados por un módulo de rectificación y control para conseguir trabajar en condiciones de presión diferencial constantes, de forma que se permite ejercer un control del par desarrollado, tanto en módulo como en sentido.

Respecto a los medios eléctricos de extracción de la energía mecánica, la invención prevé que estos estén constituidos por máquinas eléctricas conectadas a los extremos del primer y segundo eje, de forma que dichas máquinas están alimentadas por convertidores de corriente alterna a corriente continua, que a su vez están conectados a un convertidor de corriente continua a corriente alterna mediante el cual se efectúa la conexión a la red eléctrica a la que entrega la energía generada.

En este caso, el acoplamiento de las máquinas eléctricas a los extremos de los ejes también puede efectuarse de forma directa o mediante medios de multiplicación mecánica de movimiento, según las necesidades que se requieran al generador.

Es sabido que en el mar la dirección de propagación de las olas se distribuye estadísticamente a lo largo de las distintas direcciones angulares, habiendo en general una predominante. De esta forma, situando uno de los ejes paralelo al frente de onda más frecuente en dicha distribución de olas incidentes, se obtendría que en dicho eje se absorbería la mayor parte de la energía, lo que permite dimensionar con menor capacidad de absorción el otro eje. La capacidad de absorción del eje viene dada por los sistemas antagonistas en él presentes, pero también por la capacidad del cuerpo central vertical y del primer y segundo cuerpo de ejercer grandes pares sobre sus sistemas antagonistas. Por tanto, la invención prevé que la capacidad de producción de energía mecánica asociada al giro del primer cuerpo pueda ser diferente a la capacidad de producción de energía asociada al giro del segundo cuerpo, de manera que el cuerpo de mayor capacidad de producción de energía se sitúa con su eje paralelo al frente de propagación de las ondas en la dirección más frecuente de propagación en el lugar de la instalación del generador, en tanto que el otro eje se sitúa en otra dirección menos frecuente de propagación. Esto permite abaratar los costes de fabricación del primer o del segundo cuerpo, así como de los medios de extracción de energía mecánica. Por tanto el diseño del generador puede adaptarse a la distribución de direcciones del oleaje incidente para una localización determinada en la mar. Naturalmente esto solo es de interés si el sistema de amarras garantiza la estabilidad en el ángulo de posicionamiento del dispositivo respecto a una referencia fija como el lecho marino.

Adicionalmente el generador puede concebirse para ser resonante a una frecuencia determinada de oscilación, es decir, del oleaje incidente. Por sistema resonante se entiende aquél en que la respuesta de máxima amplitud es a una frecuencia que coincide con la frecuencia temporal del oleaje incidente en una localización determinada en un momento dado. Para ello la invención prevé la incorporación de resortes lineales o resortes rotacionales capaces de compensar parte de la inercia rotacional de cada uno de los elementos descritos así como la inercia rotacional relacionada con la masa de agua arrastrada. Dichos resortes pueden ser mecánicos, neumáticos, hidráulicos o de otra naturaleza, y en el caso de los resortes lineales, pueden estar acoplados entre el primer cuerpo y el cuerpo central, el segundo y el primer cuerpo, o en ambos casos, en tanto que los resortes rotacionales están acoplados a los mismos cuerpos sobre el primer eje, segundo eje o ambos.

A continuación para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan una serie de figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.

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Breve enunciado de las figuras

Figura 1.- Muestra una vista en perspectiva de un posible ejemplo de realización del generador de la invención.

Figura 2.- Muestra una vista en planta del generador de la figura anterior.

Figura 3.- Muestra una vista lateral del generador cuando incide sobre él una ola que se propaga en una dirección que produce la rotación del segundo cuerpo sobre el segundo eje, manteniéndose el primer cuerpo en una posición fija.

Figura 4.- Muestra una figura equivalente a la figura anterior, en la que la dirección de la ola proporciona el giro del primer cuerpo sobre el primer eje, posición en la que el segundo cuerpo se mantiene en posición fija respecto al segundo eje, pero a su vez su posición ha variado al quedar en el mismo plano que el primer cuerpo.

Figura 5.- Muestra una vista equivalente a la figura 2 en la que esquemáticamente se han representado los distintos elementos que constituyen los medios hidráulicos de extracción de la energía mecánica y los medios de transformación de la energía mecánica en energía eléctrica.

Figura 6.- Muestra una representación esquemática de los medios hidráulicos mediante los cuales se obtiene la energía mecánica y se transforma en energía eléctrica.

Figura 7.- Muestra el esquema de los medios eléctricos usados para la extracción de la energía mecánica y la entrega a la carga en forma eléctrica.

Figura 8.- Muestra una representación equivalente a la figura 1 en la que se han añadido unos resortes que permiten obtener una respuesta resonante alrededor del segundo eje.

Descripción de la forma de realización preferida

A continuación se realiza una descripción de la invención basada en las figuras anteriormente comentadas.

La realización preferente de la invención, se muestra en las figuras 1 y 2, en las que se aprecia que el generador está constituido por un cuerpo central vertical 1 que presenta una configuración cilíndrica, en cuya parte superior comprende un primer eje horizontal 2 en el que se retiene con posibilidad de giro un primer cuerpo 3, que a su vez incorpora un segundo eje 4 sobre el que se retiene con posibilidad de giro un segundo cuerpo 5. Tanto el primer cuerpo 3 como el segundo cuerpo 5 presentan una envolvente rectangular, pero esta puede tener otra configuración hidrodinámicamente más eficiente.

El cuerpo central vertical 1 presenta unas dimensiones mayores en dirección vertical y menores en el plano horizontal que las del primer cuerpo 3 y el segundo cuerpo 5 para conseguir que tenga estabilidad en lo que respecta a giros alrededor de un eje horizontal.

El cuerpo central vertical 1 al igual que el primer cuerpo 3 y segundo cuerpo 5 están constituidos por flotadores que se sitúan en la superficie del mar, de forma que el movimiento de las olas permita provocar el movimiento relativo del primer cuerpo 3 y segundo cuerpo 5 respecto del primer eje 2 y segundo eje 4 respectivamente.

El generador está amarrado al fondo mediante un dispositivo de amarre 6 cuyo cable 7 puede usarse para sustentar el medio de evacuación de la energía obtenida, tal y como será descrito con posterioridad. El dispositivo de amarre 6 evita la deriva del generador y le permite posicionarse y orientarse dentro del radio de acción de dicha amarra.

Tanto el cuerpo central vertical 1, como el primer cuerpo 3 y segundo cuerpo 5, tienen la flotabilidad adecuada para que sustenten su propio peso, esto es, en aguas calmadas no existe ninguna transmisión de esfuerzo a través de los ejes 2 y 4, ya que las líneas de flotación de los tres cuerpos 1, 3 y 5 por separado coinciden, si bien en otras realizaciones pudiera ser interesante repartir de forma distinta la flotabilidad.

Tal y como ya fue comentado en el apartado de descripción de la invención, el segundo cuerpo 5 percibe la composición de las dos rotaciones, es decir, la que el primer cuerpo 3 realiza sobre el primer eje 2 y la que el propio segundo cuerpo 5 realiza sobre el segundo eje 4, de forma que el giro absoluto se efectúa sobre un tercer eje no existente físicamente.

En la figura 3 se representa el caso en el que el frente de ola es paralelo al segundo eje 4, de forma que el primer cuerpo 1 no girará respecto del primer eje 2, al quedar éste situado perpendicularmente al frente de ola.

En cambio en la figura 4 se representa el caso en el que el primer eje 2 se sitúa paralelo al frente de la ola, situación en la cual se produce la oscilación del primer cuerpo 3 sobre el primer eje 2, de forma que este movimiento produce el movimiento del segundo cuerpo 5, el cual se mantiene fijo respecto al segundo eje 4. Esta configuración elimina la dependencia del generador respecto de la dirección de propagación de la ola incidente, pudiéndose extraer energía de olas propagándose en cualquier dirección.

La energía mecánica producida por el movimiento descrito, es extraída mediante medios de extracción de energía mecánica, que según una realización de la invención, tal y como se muestra en las figuras 5 y 6, son medios hidráulicos que están constituidos por máquinas hidráulicas 8, situadas en cada uno de los extremos del primer eje 2 y del segundo eje 4. Dichas máquinas hidráulicas han de ser capaces de funcionar en cuatro cuadrantes, es decir, en los dos sentidos de giro, y como bomba y motor en cada uno de esos sentidos, para lo que comprende un motor/bomba 9 de cilindrada variable y doble sentido de funcionamiento. El funcionamiento del motor/bomba 9 es gobernado por un módulo de rectificación y control 10 que están constituidos por válvulas de distribución y anti-retorno, además del servo-mecanismo de control de la cilindrada variable, que permite distribuir el fluido de la forma que interese para conseguir el efecto buscado en cada momento.

Las máquinas hidráulicas 8 que se disponen en los extremos del segundo eje 4, se encuentra incluidas en el interior del segundo cuerpo 3, en tanto que las que quedan situadas en los extremos del primer eje 2 están dispuestas en el interior del cuerpo central vertical 1.

Además el generador comprende medios de transformación de la energía mecánica extraída en energía eléctrica, medios que se encuentran ubicados en el interior del cuerpo central vertical 1 y que a continuación se describen.

Dichos medios de transformación de la energía mecánica en energía eléctrica comprenden un calderín de alta presión 12 que está conectado mediante una conducción de alta presión 11 con las máquinas hidráulicas 8, para lo que las conducciones 11 provenientes de las máquinas hidráulicas 8 ubicadas en el interior del segundo cuerpo 3, han de discurrir a través del primer eje 2.

Además, los medios de transformación de la energía mecánica en eléctrica, están dotados de un motor hidráulico 14 que está acoplado a una máquina eléctrica 15 que proporciona la energía eléctrica a una carga, como por ejemplo puede ser la red eléctrica 16.

Además, los medios de transformación comprenden un depósito a presión atmosférica 13 que está conectado a las máquinas hidráulicas 8.

El módulo de rectificación y control 10 ha de ser capaz de variar la cilindrada del motor/bomba 9, con el objeto de conseguir controlar el par en condiciones de presión diferencial de trabajo constante, estando la de alta impuesta por el calderín y la de baja impuesta por el depósito 13 que está a presión atmosférica. El calderín 12 recibe el fluido a presión cuando las máquinas hidráulicas 8 trabajan como bombas, y lo entrega cuando trabajan como motores, al contrario que el depósito 13, cuya presión es la del interior del cuerpo central vertical 1, que se encuentra a presión atmosférica.

El módulo de rectificación y control decide sobre el par, tanto en sentido como en magnitud, que debe hacer cada pareja de máquinas hidráulicas 8 acoplada a cada uno de los ejes 2 y 4. En general dicho par tiene un sentido opuesto a la velocidad de giro relativa que el oleaje impone en cada instante en cada uno de los dos ejes 2 y 4. En este caso las máquinas hidráulicas 8 trabajan como bombas, enviando fluido a alta presión al calderín 12. Al ser el movimiento oscilante el flujo del fluido cambia de sentido en la bomba. El módulo de rectificación y control se encarga de que dicho fluido, trabajando la máquina en modo de bombeo, vaya siempre al calderín de alta presión 12, independientemente del sentido de giro en el correspondiente eje 2 y 4. En determinadas ocasiones puede ser interesante hacer funcionar a las máquinas hidráulicas 8 en modo motor, para, por ejemplo, conseguir la resonancia del sistema. El funcionamiento en modo motor se da en el caso en el que el sentido de la velocidad de giro impuesto por la ola y el del par efectuado es el mismo. El interés de esta posibilidad es favorecer la resonancia del generador a una frecuencia dada, maximizándose la amplitud de la oscilación y consiguiéndose potencias medias absorbidas mayores. En caso de que el motor/bomba 9 funcione como motor, la máquina hidráulica 8 se alimenta del fluido a presión proveniente del calderín 12, y efectúa la expansión de dicho fluido, realizando un par, previo paso por unos medios de multiplicación en caso de existir éstos y que serán comentados más adelante, del mismo sentido que la velocidad relativa de giro, para posteriormente vertir el fluido en el depósito 13.

A su vez, los módulos de rectificación y control son gobernados por un control principal que incorpora un algoritmo de control configurado de tal forma que es capaz de llevar a cabo un control resonante, también conocido como control de fase, el cual requiere el mencionado como "funcionamiento en cuatro cuadrantes" de las máquinas hidráulicas 8 ya comentado. Dicho control resonante trata de forzar la oscilación del generador para tener la misma fase que la ola, de tal forma que la respuesta final queda amplificada.

El motor hidráulico 14 es de geometría variable y toma el fluido del calderín 12 y lo expande para luego vertirlo en el depósito 13. Dicho motor mueve la máquina eléctrica 15 ya comentada, concluyéndose así la conversión de energía de las olas en energía eléctrica.

Cabe comentar que el acoplamiento de las máquinas hidráulicas 8 al primer eje 2 y segundo eje 4, puede ser directo o realizarse mediante un multiplicado de movimiento mecánico constituido por un tren de engranajes o un sistema planetario, ya que las oscilaciones serán a baja velocidad, recibiendo las máquinas hidráulicas 8 la aplicación de altos pares. Dicho multiplicado posibilita dimensionar el sistema para mayores velocidades y menores pares, que en determinados casos puede ser de interés económico.

En el caso en el que la energía eléctrica obtenida se entregue a la red eléctrica, la velocidad del motor eléctrico 15, viene fijada por la red, lo cual significa que para controlar la potencia entregada hay que variar la cilindrada del motor hidráulico 14, cambiando el par ejercido por dicho motor hidráulico. El generador puede estar gobernado por una señal de nivel del calderín 12, es decir, cuando se supera un nivel determinado se incrementa la cilindrada del motor hidráulico 14, y cuando baja demasiado se reduce. El calderín 12 sirve como ecualizador de la potencia de salida del generador, dada su capacidad para almacenar energía en forma de fluido a presión.

Para conseguir una respuesta resonante del generador a la frecuencia más probable del oleaje en el lugar del anclaje, la invención prevé la incorporación de unos resortes 20, mostrados en la figura 8, que ejercen un par que trata de llevar al generador a la posición de equilibrio, esto es, aquella en la que estaría cuando las aguas están calmadas, posición que se corresponde con la representada en las figuras 1 y 2. Dicho par es proporcional al ángulo girado respecto de dicha posición de equilibrio. Los resortes 20 son lineales, pero también podrían ser rotacionales sobre el primer eje 2 y sobre el segundo eje 4, o incluso pudiera ser un resorte lineal situado en el interior del primer cuerpo 3 para el segundo eje 4 y del cuerpo central vertical 1 para el primer eje 2, que hiciera uso del mismo dispositivo mecánico de multiplicado de velocidad, en el caso que este se incorpore en las máquinas hidráulicas 8, según fue descrito con anterioridad. Además se puede disponer en uno o en los dos ejes, tratando de hacer resonante la respuesta del generador, en función de factores económicos.

En la realización preferente también se prevé que los medios de transformación de la energía mecánica en energía eléctrica, estén constituidos por medios eléctricos, cuyo esquema puede verse en la figura 7.

En este caso, el primer eje 2 y segundo eje 4 mueven máquinas eléctricas 17 dispuestas mecánicamente de la misma forma que en el caso hidráulico, con o sin un sistema mecánico intermedio de multiplicado de velocidad. En este caso se prevén unos convertidores electrónicos 18 que realizan el mismo efecto del módulo de rectificación y control descrito para el caso anterior. Dichos convertidores 18 transforman la corriente alterna en corriente continua y realizan el control del par ejercido por las máquinas 17. En el lado de continua se presenta una alta capacitancia, que le permite tener la posibilidad de almacenar y alisar la salida de las máquinas eléctricas 18. Los convertidores 18 alimentan las máquinas eléctricas 17 de tal forma, que siguiendo las consignas del control principal, éstas ejerzan el par de valor absoluto y sentido que se requiera. Cada uno de esos accionamientos (máquina eléctrica 17 más convertidores 18) ha de ser capaz también de funcionar en cuatro cuadrantes. La energía inyectada por cada uno de los convertidores 18 se vierte a la red a través de otro inversor 19 que convierte la corriente continua en corriente alterna. La potencia que vierte sobre la carga es función del nivel de tensión en el nudo eléctrico de continua situado entre los convertidores 18 y el inversor 19, de forma similar a lo que ocurre en el calderín 12 con la cantidad de fluido almacenada.

Especialmente en el caso de utilizar multiplicador mecánico de las velocidades relativas entre cuerpos, se presenta muy interesante un generador de este tipo, ya que facilita el control y lo hace posible con una respuesta más rápida y suave que en el caso del hidráulico.

Claims (13)

1. Generador de energía a partir del oleaje, caracterizado porque comprende un cuerpo central vertical amarrado al fondo y dotado superiormente de un primer eje horizontal en que puede girar libremente un primer cuerpo dispuesto alrededor del cuerpo central vertical, y en el que se soporta un segundo eje en el que puede girar libremente un segundo cuerpo dispuesto alrededor del primer cuerpo; estando el primer y segundo eje dispuestos formando un ángulo, para que el movimiento de las olas produzca el giro del primer cuerpo, segundo cuerpo, o ambos dependiendo de la dirección de las olas, obteniendo energía mecánica; siendo al menos el segundo cuerpo un flotador.

2. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 1, caracterizado porque comprende medios de extracción de la energía mecánica y medios de transformación de la energía mecánica en energía eléctrica.

3. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 2, caracterizado porque los medios de extracción de la energía mecánica y los medios de transformación de la energía mecánica en eléctrica están seleccionados entre medios eléctricos y medios hidráulicos.

4. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 1, caracterizado porque el primer y segundo ejes son perpendiculares.

5. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 1, caracterizado porque el cuerpo central vertical está constituido por un cuerpo alargado que incluye un lastre para mantenerlo flotando en posición vertical, y en el que se incluyen los medios de transformación de la energía mecánica en eléctrica.

6. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 5, caracterizado porque los medios hidráulicos de transformación de la energía mecánica en eléctrica comprenden conducciones de un fluido y los medios eléctricos de conversión de la energía mecánica en eléctrica comprenden cableados que discurren por el interior del primer y segundo cuerpo y del primer y segundo eje hasta el cuerpo central vertical.

7. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 1, caracterizado porque comprende resortes lineales o resortes rotacionales; estando los resortes lineales acoplados entre el primer cuerpo y el cuerpo central vertical, el segundo y el primer cuerpo o en ambos casos; en tanto que los resortes rotacionales están acoplados a los mismos cuerpos sobre el primer eje, segundo eje o ambos; todo ello para hacer la oscilación del primer cuerpo, del segundo cuerpo o de ambos resonante con una determinada frecuencia; estando los resortes lineales y rotacionales seleccionados entre mecánicos, neumáticos o hidráulicos.

8. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 1, caracterizado porque la capacidad de producción de energía mecánica asociada al giro del primer cuerpo es diferente a la capacidad de producción de energía asociada al giro del segundo cuerpo; situándose el cuerpo de mayor capacidad de producción de energía con su eje paralelo al frente de propagación de las olas en la dirección más frecuente de propagación en el lugar de instalación y el otro eje en otra dirección menos frecuente de propagación.

9. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 1, caracterizado porque los medios hidráulicos de extracción de energía mecánica comprenden máquinas hidráulicas acopladas en los extremos del primer y segundo eje que producen el desplazamiento de un fluido, un calderín de almacenamiento del fluido a alta presión, un depósito a presión atmosférica, y un motor hidráulico que acoplado a una máquina eléctrica proporciona energía eléctrica a una carga seleccionada entre una carga aislada y la red eléctrica.

10. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 9, caracterizado porque el acoplamiento de las máquinas hidráulicas a los extremos de los ejes se efectúa mediante medios de multiplicación mecánica del movimiento.

11. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 9, caracterizado porque las máquinas hidráulicas funcionan como bomba y como motor de cilindrada variable, de doble sentido de giro, gobernadas por un módulo de rectificación y control para trabajar en condiciones de presión diferencial constantes y ejercer un control del par desarrollado en módulo y sentido.

12. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 1, caracterizado porque los medios eléctricos de extracción de la energía mecánica, están constituidos por máquinas eléctricas conectadas a los extremos del primer y segundo eje, máquinas que están alimentadas por convertidores de corriente alterna a corriente continua, que a su vez están conectados a un convertidor de corriente continua a corriente alterna de conexión a la red eléctrica.

13. Generador de energía a partir del oleaje, según reivindicación 12, caracterizado porque el acoplamiento de las máquinas eléctricas a los extremos de los ejes se efectúa mediante medios de multiplicación mecánica del movimiento.