ES2324090B1 - Sistema para la extraccion de energia a partir del movimiento de las olas. - Google Patents
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Abstract
Sistema para la extracción de energía a partir
del movimiento de las olas y mareas que comprende al menos un
dispositivo captador (1) que comprende al menos:
- un recipiente flotante (2) que flota sobre una
ola que lo mueve arriba y abajo,
- una polea (3) adosada al recipiente flotante
(2), por la que pasa una cuerda, cable o tensor, en el que en uno
de sus extremos lleva un ancla que fija el recipiente (2) al suelo
marino,
- un eje de transmisión (10) fijado a la
polea,
todo ello configurado de tal manera que la
longitud de la cuerda, cable o tensor varían en función del oleaje,
produciendo el giro del eje de transmisión (10) del dispositivo,
dando lugar a un flujo de energía mecánica que es transformada en
energía eléctrica en el centro de transformación (12).
Description
Sistema para la extracción de energía a partir
del movimiento de las olas.
La presente invención se refiere a un sistema
para la extracción de energía a partir del movimiento de las olas
del mar, es decir, para el aprovechamiento de la energía
undimotriz.
La Marea es el cambio periódico del nivel del
mar. La amplitud de las mareas en alta mar es menor a 1 metro, pero
cerca de las costas es mucho mayor, sobrepasando en algunos casos
los 10 metros. En el cantábrico, por ejemplo, existen registros
anuales de 6 metros.
Las olas son generadas por el viento que sacude
la superficie creando rizaduras que dan lugar a ondulaciones que
van creciendo en amplitud y altura hasta convertirse en olas de
gravedad.
La ola medida más alta del mundo fue de 27'7
metros de altura. En España, la ola más alta registrada por una
boya instalada en Estaca de Bares (Coruña) por Puertos del Estado
(Ministerio de Fomento) alcanzó 12,8 metros. La media anual estatal
arroja alturas de 1 a 2.5 metros, llegando en ocasiones a los 7 u 8
metros.
El período de la ola también es variable; de 3 a
12 segundos cuando la altura de la ola es de 1 metro y de 6 a 14
cuando es de 2,5. A todo esto hay que añadir las olas solapadas,
muy habituales.
La parte alta de una ola es su cresta, y la
parte más profunda de la depresión entre dos olas consecutivas se
llama valle. A la distancia entre dos crestas se le denomina
longitud de onda (\lambda) y a la diferencia de altura entre una
cresta y un valle se le llama altura de la ola. La amplitud es la
distancia que la partícula se aparta de su posición media en una
dirección perpendicular a la de la propagación. Se llama período
(\tau) al tiempo que transcurre entre el paso de dos crestas
consecutivas por el mismo punto.
La Energía Undimotriz es la energía producida
por el movimiento de las olas; es menos conocida que la Mareomotriz
pero cada vez se dedican más esfuerzos a su investigación. En estos
momentos la energía Undimotriz está en sus inicios aunque en
Cantabria (Santoña) y País Vasco (Motriku), por ejemplo, existen
proyectos de centrales piloto que utilizan la fuerza de las
olas.
Alguno de los sistemas o dispositivos que
aprovechan la energía undimotriz conocidos hasta la fecha son, por
ejemplo, un pozo con la parte superior hermética y la inferior
comunicada con el mar, en cuya parte superior existe una pequeña
abertura por la que sale el aire expulsado por las olas. Este aire
mueve una turbina que genera electricidad. (Columna de agua
oscilante, Motriku-Guipuzcoa).
También se utilizan sistemas flotantes
compuestos de tubos articulados que se mueven al compás de las olas
y cuyo movimiento se convierte en energía. (Pelamis, Portugal) o
sistemas anclados al fondo y unidos a una boya a través de un cable
en el que el movimiento de la boya se utiliza para mover un
generador (Power Buoy, Santoña-Cantabria). Este
último sistema es el más parecido al dispositivo objeto de la
presente patente y aprovecha la energía de la oscilación vertical de
las olas a través de una boya eléctrica que se eleva y desciende
sobre una estructura similar a la de un pistón, en el que se
instala una bomba hidráulica. El agua entra y sale de la bomba e
impulsa un generador que produce electricidad. La corriente se
transmite a tierra a través de un cable submarino. Iberdrola, la
promotora, instalará 10 boyas a 2 km. de la costa y a 40 m. de
profundidad, ocupando una superficie de 2000 km^{2}
aproximadamente.
Sin embargo, los ingenios actuales se adaptan
correctamente a los generadores con el mar en estado regular pero
no responden a las expectativas cuando el mar es bravo, llegando
incluso a desmontarse de su anclaje y desaparecer con la
consiguiente perdida económica. Casualmente, los periodos de mar
bravo son los que más energía generan.
Por otro lado, las olas poseen diferentes
alturas pero también diferentes longitudes (Tiempos), llegando
incluso a solaparse, lo que da lugar a una velocidad variable que
impide la extracción de electricidad mediante generadores ya que
éstos se alimentan de una energía mecánica regular.
En definitiva, los dispositivo actuales son
complejos en su mecánica y esto los hace poco robustos así como
caros de fabricar.
Todos los dispositivos que se conocen hasta la
fecha intentan recoger el 100% de la energía potencial, pero
difícilmente superan el 50%, y ofrecen un Retorno sobre la
Inversión (ROI) superior a 10 años.
El sistema que se describe en la presente
invención ofrece una solución a los problemas antes mencionados a
partir de un dispositivo captador como medio de extracción de
energía de las olas, que comprende al menos:
- -
- un recipiente flotante que flota sobre una ola que lo mueve arriba y abajo,
- -
- una polea adosada al recipiente flotante, por la que pasa una cuerda, cable o tensor, en el que en uno de sus extremos lleva un ancla que fija el recipiente al suelo marino,
- -
- un eje de transmisión fijado a la polea,
todo ello configurado de tal manera que la
longitud de la cuerda, cable o tensor varían en función del oleaje,
produciendo el giro del eje de transmisión del dispositivo, dando
lugar a un flujo de energía mecánica.
Con independencia del número de dispositivos
captadores colocados en el mar; los flujos de energía irregulares
de los mismos se llevan a un colector, en un único flujo que se
compensa de manera natural, y, una vez en la unidad de
trasformación, en tierra, se rectifica con un regulador de caudal o
de presión y se transforma la energía mecánica rectificada en
eléctrica o en otros usos. El colector, el regulador de flujo y el
generador si se sitúan en tierra, se facilita el mantenimiento y la
seguridad de los dispositivos.
La utilización del sistema de Poleas como
fijación al suelo marino permite que el dispositivo se adapte a
cualquier altura de ola o marea.
Por otro lado, opcionalmente, dado que el
dispositivo captador en su movimiento sólo usa la energía de subida
(Flotación) pero no la de bajada (Peso), lo que genera
irregularidad en el flujo de energía, para equilibrarlo, se dota al
sistema de Poleas de un contrapeso que ofrezca una resistencia
igual a la mitad de la fuerza de flotación, de manera que al
dividir las fuerzas también se dividen los tiempos aprovechando,
así, la energía de bajada.
Así mismo, la dirección del eje en su giro a
derecha e izquierda se corrige, para llevarlo a un eje en una sola
dirección, con un "Par de fuerza" y a una velocidad,
utilizando para ello una Polea/Engrane unido a un sistema de carraca
o similar.
Opcionalmente, para aprovechar toda la energía
del eje en sus dos movimientos de giro se puede utilizar un sistema
de pistones de doble función dispuestos de tal manera que siempre
están recogiendo y enviando gas o fluido, alimentados por un
sistema de válvulas antiretorno. Este sistema se puede usar con
gases ecológicos como el aire o fluidos igualmente ecológicos como
el agua, los cuales pueden moverse por un circuito abierto o
cerrado.
En el caso de colocar en el mar más de un
dispositivo; su geometría de planta sería cuadrada, hexagonal u
octogonal, lo que posibilita resistencia hidrodinámica entre
planos, acortando la distancia de seguridad y facilitando así la
colocación de más dispositivos en el mismo espacio.
Una ventaja del dispositivo es que el
comportamiento del recipiente es idéntico al del fluido mismo en el
que está sumergido ya que posee las mismas características
(Presiones, Velocidades...), lo cual impide que influya en los
dispositivos contiguos.
La energía mecánica se puede transformar en
eléctrica o en cualquier otra energía acumulable como el hidrógeno,
usarse para otros servicios como obtención de hidrógeno o
Desaladoras y también abre la posibilidad para almacenar energía
mecánica.
El dispositivo de la invención permite, como se
ha mencionado, convertir la energía mecánica en otro tipo de
energía, también mecánica (hidráulica, neumática...) y su posterior
transporte a un centro de transformación; consiguiendo una
adaptación total a las diferentes velocidades de las olas y,
consecuentemente, a los diferentes flujos de energía.
Los sistemas empleados son simples, robustos y
seguros por lo que el dispositivo resultante posee las mimas
cualidades de simplicidad, robustez y seguridad.
Con la presente invención se consigue una
reducción ostensible de costes del captador conducción y conversión
al usar sistemas simples y concentrar toda la. energía en un sola
unidad de transformación. Así mismo, al recolectar toda la energía
disponible, concentrarla y tratarla de forma unificada se consigue
extraer la práctica totalidad de la energía potencial y en mejores
condiciones.
Todo lo cual dicho anteriormente redunda en un
dispositivo más económico en costes de fabricación y menor
mantenimiento, lo cual disminuye sensiblemente los plazos de
amortización.
En resumen, se puede decir que la ventajas que
ofrece la invención son:
- La adaptación total a las diferentes alturas
de olas y mareas con respecto al suelo marino; tanto con el mar en
estado regular como con mar brava.
- Admisión de todo tipo de olas (Periodos) con
sus diferentes potenciales para la extracción de Energía.
- Gran Robustez en su concepción.
- Tecnología simple que abarata los costes de
fabricación del dispositivo.
- Recoge toda la energía mecánica potencial para
que las perdidas sólo sean las de la mecánica tradicional.
- Una rápida amortización situada alrededor de
los 2 años.
A continuación se pasa a describir de manera muy
breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la
invención y que se relacionan expresamente con una realización de
dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de
ésta.
- La Figura 1 muestra un esquema del
dispositivo.
- La Figura 2 muestra un esquema de la secuencia
del dispositivo funcionando con el movimiento de las olas.
- La Figura 3a muestra un sistema de poleas
- La Figura 3b muestra un sistema de poleas
- La Figura 3c muestra un sistema de poleas
- La Figura 3d muestra un sistema de poleas
- Figura 4 muestra una vista en alzado y perfil
del dispositivo.
- Figura 5 muestra el perfil del dispositivo de
la figura 4
- Figura 6 muestra una sección por
VII-VII de la figura 5
- Figura 7 muestra un detalle del interior del
recipiente captador. Sección.
- Figura 8 muestra un esquema en planta de
varios dispositivos con el sistema de transporte y unidad en
tierra.
\vskip1.000000\baselineskip
En las figuras se representan los siguientes
elementos:
- 1.-
- Dispositivo captador
- 2.-
- Recipiente
- 3.-
- Polea
- 4.-
- Contrapeso
- 5.-
- Colector
- 6.-
- Regulador de caudal
- 7.-
- Turbina
- 8.-
- Regulador de presión
- 9.-
- Compresor
- 10.-
- Eje de transmisión
- 11.-
- Generador
- 12.-
- Centro de transformación
- 13.-
- Engranaje
El sistema que se describe en esta realización
preferida de la invención comprende una pluralidad de dispositivos
captador (1) conectados a un centro de trasformación (12) situada
en tierra y que comprende un colector (5), un regulador (8) o (6) y
un generador (11), para la obtención de energía eléctrica u otros
usas a partir del movimiento de las olas del mar, tal y como puede
verse en la figura 8.
El dispositivo (1), tal y como se muestra en las
figuras 1, 4, 5 y 6, comprende un recipiente (2) flotante con una
polea (3) adosada a su vez fijada a un eje de trasmisión (10). Por
la polea (3) pasa una cuerda, cable o tensor que, en uno de sus
extremos lleva un ancla que fija el dispositivo al suelo marino y en
el otro, un contrapeso (4). La polea puede ser de varios tipos,
como los que se muestran en las figuras 3a, 3b, 3c y 3d. Una
variante de contrapeso es el representado en la figura 9, en el que
el eje de la polea (3) transmite su fuerza al eje de otra polea
contigua, de la cual sale una cuerda, cable o tensor mediante un
sistema de poleas/engranes hasta un sistema capaz de resistir el
peso del contrapeso a partir de cualquier elemento elástico
deformable como por ejemplo, un muelle u otros mecanismos.
El funcionamiento del dispositivo (1) descrito
se muestra en la figura 2, en la que se puede ver como se desplaza
la cuerda de la polea (3), fijada por un extremo al fondo marino,
por la elevación del contrapeso (4) al elevarse el recipiente (2).
Este movimiento de la cuerda de la polea, produce el giro del eje
de transmisión (10) en un sentido. Cuando el dispositivo se
posiciona en la cresta de la ola, el movimiento de la cuerda se
detiene para volver a moverse por el descenso del contrapeso (4) al
descender nuevamente el recipiente (2), girándose el eje de
transmisión (10) en sentido contrario hasta detenerse nuevamente
por posicionarse el recipiente (2) en el valle de la ola. El
movimiento del eje de transmisión (10) produce una energía mecánica
que se utiliza para transformarla en energía eléctrica.
La energía de la olas se transforma así en
energía mecánica por el movimiento continuo del eje de transmisión
(10) en las siguientes etapas:
- -
- elevación del recipiente (2) del dispositivo captador (1) hasta la cresta de la ola lo que provoca el alargamiento de la cuerda de la polea (3) y giro del eje de transmisión (10) del dispositivo (1) en un sentido
- -
- descenso del recipiente (2) del dispositivo captador (1) hasta el valle de la ola lo que provoca el acortamiento de la cuerda de la polea (3) y giro del eje de transmisión (10) del dispositivo (1) en sentido contrario,
permitiendo así una adaptación total a las
diferentes alturas de olas y mareas con respecto al suelo
marino.
El eje de trasmisión (10) se puede conectar a un
serie de engranes/poleas (13) que transforman su fuerza y velocidad
para mover un turbina (7) o un compresor (9), tal y como se muestra
en la figura 7, transformando así la energía mecánica del eje de
transmisión (10) en energía hidráulica o neumática.
El flujo de energía es transportado hasta una
unidad de transformación (12) que se encuentra en tierra y que
comprende un colector (5) donde se rectifica la energía mediante un
regulador de caudal (6), en el caso de que el sistema comprenda una
turbina (7), o mediante un regulador de presión (8), en el caso de
comprender un compresor (9), antes de transformarla en electricidad
en un generador (11) u otros usos, tal y como puede verse en las
figuras
7 y 8.
7 y 8.
Claims (17)
1. Sistema para la extracción de energía a
partir del movimiento de las olas y mareas caracterizado por
comprender al menos un dispositivo captador (1) que comprende al
menos:
- -
- un recipiente flotante (2) que flota sobre una ola que lo mueve arriba y abajo,
- -
- una polea (3) adosada al recipiente flotante (2), por la que pasa una cuerda, cable o tensor, en el que en uno de sus extremos lleva un ancla que fija el recipiente (2) al suelo marino,
- -
- un eje de transmisión (10) fijado a la polea,
todo ello configurado de tal manera que la
longitud de la cuerda, cable o tensor varían en función del oleaje,
produciendo el giro del eje de transmisión (10) del dispositivo,
dando lugar a un flujo de energía mecánica.
2. Sistema según reivindicación 1
caracterizado porque comprende una pluralidad de
dispositivos (1) dispuestos con una geometría en planta cuadrada,
hexagonal u ortogonal.
3. Sistema según reivindicación 1 y 2
caracterizado porque la cuerda, cable o tensor de la polea
lleva en uno de sus extremos un contrapeso (4).
4. Sistema según reivindicación 3
caracterizado porque el contrapeso es una polea contigua a
la polea (3) del sistema, conectada a un sistema de poleas o
engranajes con elementos elásticos.
5. Sistema según las reivindicaciones anteriores
caracterizado porque comprende una unidad de transformación
(12) que recibe el flujo de energía del o los dispositivos (1) para
su transformación en energía eléctrica.
6. Sistema según la reivindicación 5
caracterizado porque la unidad de transformación (12) se
sitúan en tierra.
7. Sistema según la reivindicación 5 y 6
caracterizado porque la unidad de transformación (12)
comprende un colector (5), un regulador (6 y 8) y un generador
(11).
8. Sistema según reivindicaciones
5-7 caracterizado porque el eje de trasmisión
(10) se conecta a una serie de engranajes (13).
9. Sistema según la reivindicación 8,
caracterizado porque cada dispositivo (1) comprende un
sistema de pistones de doble función dispuestos de tal manera que
siempre están recogiendo y enviando gas o fluido, alimentados por un
sistema de válvulas antiretorno.
10. Sistema según la reivindicación 8
caracterizado porque cada dispositivo (1) comprende una
turbina (7) que transforma la energía mecánica obtenida en el eje de
transmisión (10) en energía hidráulica.
11. Sistema según la reivindicación 9 y 10
caracterizado porque la unidad de transformación (12)
comprende un regulador de caudal (6).
12. Sistema según la reivindicación 8,
caracterizado porque cada dispositivo (1) comprende
compresor (9) que transforma la energía mecánica del eje de
transmisión (10) en energía neumática.
13. Sistema según la reivindicaciones 9 y 10
caracterizado porque la unidad de transformación (12)
comprende un regulador de presión (8).
14. Procedimiento de obtención de energía a
partir del movimiento de las olas caracterizado porque
utiliza un sistema descrito en la reivindicación 1 que transforma
la energía de la olas en energía mecánica por el movimiento continuo
del eje de transmisión (10) en las siguientes etapas:
- -
- elevación del recipiente (2) del dispositivo captador (1) hasta la cresta de la ola lo que provoca el alargamiento de la cuerda de la polea (3) y giro del eje de transmisión (10) del dispositivo (1) en un sentido
- -
- descenso del recipiente (2) del dispositivo captador (1) hasta el valle de la ola lo que provoca el acortamiento de la cuerda de la polea (3) y giro del eje de transmisión (10) del dispositivo (1) en sentido contrario
permitiendo así una adaptación total a las
diferentes alturas de olas y mareas con respecto al suelo
marino.
15. Procedimiento según la reivindicación 14
caracterizado porque la energía mecánica obtenida es
transformada a otro tipo de energía también mecánica para su
posterior transporte a un centro de transformación (12).
16. Procedimiento según la reivindicación 15
caracterizado porque la energía mecánica obtenida de las
olas es transformada en energía hidráulica o neumática.
17. Procedimiento según la reivindicaciones
14-16 caracterizado porque la energía
mecánica es transformada en energía eléctrica en el centro de
transformación (12).
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2808329C1 (ru) * | 2023-03-13 | 2023-11-28 | Ануар Райханович Кулмагамбетов | Устройство для накопления электрической энергии в водной среде |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| ES2324090A1 (es) | 2009-07-29 |
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