ES2334089B1 - Sistema mareomotriz de generacion de energia mediante diferencia de potencial. - Google Patents
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Abstract
Sistema mareomotriz de generación de energía
mediante diferencia de potencial.
El sistema consta de una plataforma hueca con
capacidad de flotar (04), sustentada mediante unos engranajes (01)
anclados a ésta pero dejando libre su giro, que a su vez encajan en
unos pilares dentados (02) permitiendo el movimiento vertical de la
plataforma a lo largo de los ejes de los pilares. Dichos pilares
están anclados a la cimentación (05) en el fondo marino (06) y
perforan la plataforma sin tocarla, evitando que la estructura se
desplace horizontalmente al estar en contacto con los engranajes,
siendo necesario un mínimo de 3 por cada pilar. A su vez, los
engranajes estarán conectados a un generador eléctrico (03), de
forma que puedan transmitir a éste los giros producidos al elevarse
o descender la plataforma según suba o baje la marea (07) (08),
produciéndose de esta forma electricidad.
Description
Sistema mareomotriz de generación energética
mediante diferencia de potencial.
La presente invención se refiere a un sistema
generador de electricidad mediante el aprovechamiento de la energía
potencial que proporciona la masa de una estructura que es elevada
a cierta altura, gracias a la combinación de la capacidad de flotar
de la misma y la subida del nivel del mar debido a la presencia de
las mareas. Esta planta generadora obtendrá una gran cantidad de
energía cada vez que se produzca una variación del nivel de la
marea, pudiendo ubicarla dentro del sector de la producción de
energía renovable no contaminante.
Actualmente existen varios sistemas de
producción de energía a través del aprovechamiento de la diferencia
del nivel del mar que provocan las mareas.
El más viable hasta la fecha es aquel que
utiliza un dique con compuertas que crean una diferencia de altura,
de manera que cuando la marea está en su punto álgido, cierran las
compuertas del dique, que está a la entrada de una ría o similar.
Así, se mantiene una importante cantidad de agua dentro de la presa
creada, dejando que salga de forma controlada, cuando la marea
exterior a la presa está en su punto más bajo. El agua retenida
sale con cierta presión a través de toberas preparadas a tal efecto,
lo que es aprovechado para mover una serie de turbinas conectadas a
dinamos eléctricas y acumuladores energéticos, de manera muy
similar al de una central hidroeléctrica convencional en una presa
o pantano artificial. Actualmente la central más conocida en
funcionamiento, siguiendo este sistema, es la ubicada en el estuario
del río Rance, Francia.
Este sistema descrito presenta varios
inconvenientes. El más reseñable independientemente de los costes
de construcción, es el importante impacto medioambiental que
provoca. Además, precisa de una zona donde la diferencia entre la
pleamar y la bajamar sea muy importante, del orden de los 9 o 10
metros como mínimo, y con una forma o relieve costero tal que
permita la construcción de un dique entre dos puntos de tierra.
Estos requerimientos limitan en gran medida los enclaves óptimos
para su construcción y los posibles beneficios.
Otro método de reciente construcción y en actual
periodo de prueba en costas de Irlanda, cerca de las costas de
Strangford Lough. Consiste en molinos de gran tamaño sumergidos,
que al modo de los grandes molinos de viento modernos de generación
eléctrica, aprovechan la fuerza de las corrientes provocadas por la
subida y bajada de las mareas en ciertos lugares de la costa,
similares a fiordos.
Los referidos sistemas de producción energética
a partir de las marea cumplen su propósito. Sin embargo, una planta
productora construida siguiendo lo propuesto en la presente
solicitud, podría obtener una cantidad de energía muy superior, con
un coste de construcción muy variable, dependiendo del tamaño
elegido para la central. Además, la versatilidad en lo que a
ubicación, tamaños variables en función de las necesidades y costes
de producción se refiere, lo dotan de grandes ventajas.
El sistema mareomotriz de generación energética
mediante diferencia de potencial propuesta en esta solicitud de
patente, aprovecha la diferencia de la altura del nivel del mar
existente entre los momentos máximo y mínimo de la marea. Este salto
de nivel supone una diferencia de energía potencial gravitatoria,
para cualquier objeto que flote, que será proporcional a la
distancia entre pleamar y bajamar, y a la masa de un objeto
flotante que suba o baje. El objeto deberá flotar siguiendo el
principio de Arquímedes que emplea cualquier embarcación pesada
convencional cuyo material de fabricación no sea flotante por sí
mismo. A este principio, se le sumará la flotabilidad añadida que
provendrá de una o más cámaras de aire repartidas por la estructura
de la planta, e impedirán en cierta medida un hundimiento excesivo
de la misma.
El mecanismo consiste en una gran plataforma
flotante, con una considerable masa. Esta plataforma está
atravesada en un cierto número de puntos por una serie de pilares,
los cuales a su vez están firmemente cimentados al suelo marino
(existe la posibilidad de que los pilares no atraviesen la
estructura, sino que estén alrededor de su perímetro, siendo el
efecto estabilizador y de guía equivalente al primer caso
propuesto).
Alrededor de los pilares, que serán dentados,
habrá engranajes asociados a los dientes del pilar, los cuales
estarán unidos a su vez a dinamos generadoras, destinadas a
transformar la energía mecánica proveniente del movimiento vertical
de la plataforma y proporcional a la masa de la misma, en energía
eléctrica. Esta energía pasará a unos acumuladores situados en la
plataforma. Los acumuladores,igualmente,pueden situarse fuera de la
plataforma, en tierra firme, incluyéndose por tanto una subestación
eléctrica de almacenaje y distribución.
La plataforma estará flotando a una altura u
otra en función del nivel del mar en ese momento. Cuando la altura
de la marea sea máxima, se fijará la plataforma a los pilares y
permanecerá sostenida, en ese punto,mientras el nivel de la marea
desciende. En el momento de la bajamar, se soltará la fijación.
Entonces, la plataforma descenderá por su propio peso, guiada por
los pilares a los cuales está asida, moviendo así los engranajes
debido a su asociación con dichos pilares. Este movimiento de los
engranajes promoverá una activación de las dinamos y la subsiguiente
obtención de energía eléctrica que quedará almacenada, en primera
instancia en los acumuladores, lista para ser procesada y
distribuida posteriormente.
Debido a la gran masa de la plataforma, y en
función del tipo y disposición de los engranajes, descenderá a una u
otra velocidad. Dependiendo de la elección del desmultiplicador en
el desarrollo del engranaje tardará desde segundos, a varios minutos
o incluso horas en llegar al punto inferior del recorrido a partir
del cual, por la acción del empuje de la presión del agua, no pueda
descender más. Es esta disposición de los engranajes, unida a la
fuerza hacia abajo que ejerce la plataforma, la que determinará la
potencia aplicada a las dinamos y la consecuente cantidad de energía
eléctrica generada.
Cuando la plataforma esté en su punto más bajo,
volverá a ser anclada a los pilares. Paulatinamente irá subiendo el
nivel del mar, mientras que la plataforma permanece fuertemente
fijada a sus pilares. De este modo, a pesar de la gran fuerza hacia
arriba que ejercerá el agua, y debido a la sólida cimentación de los
pilares al suelo marino y la consistencia de los anclajes de la
plataforma al pilar, ésta no se moverá. Cuando el nivel del mar
vuelva a su punto álgido, podrán soltarse los anclajes, por lo que
la plataforma ascenderá impulsada por su propia flotabilidad y según
el principio de Arquímedes al que se hizo anteriormente alusión,
aplicando una consistente fuerza de empuje hacia arriba, el cual
será aprovechado nuevamente para obtener electricidad con las
dinamos del mismo modo en que fue generada cuando la plataforma
bajó.
Así, tenemos que si a lo largo del día se
producen dos pleamares y dos bajamares, habrá cuatro periodos de
producción energética diaria, la cual será proporcional a la
eficiencia conjunta de los engranajes y sus dinamos, y a la masa y
flotabilidad de la plataforma.
Las ventajas de este sistema con respecto al
estado actual de la técnica y lo que ya existe son: mayor obtención
energética prevista, tamaño seleccionable de la plataforma, así
como ubicación libre en comparación con anteriores propuestas. Si
bien es cierto que cuanto mayor sea la diferencia de altura de las
mareas, más electricidad se obtendrá, esto no quiere decir que no
merezca la pena construir en una zona donde la diferencia de altura
de las mareas sea considerada "estándar", ya que siempre se va
a conseguir una gran cantidad de energía. El tamaño de una central
construida según este principio será variable. Cuanto mayor sea la
plataforma, más energía será transformada en electricidad, pero si
es necesario, se pueden construir plantas más reducidas. Además,
pueden ser situadas tanto cerca como lejos de la costa. Con todo
ello, el impacto ecológico puede ser controlado, así como costes en
la producción en función de necesidades. Podrán ser construidas
desde grandes plataformas, hasta plantas de tamaño medio o reducido
para su uso en pequeñas comunidades, puertos, viviendas costeras e
incluso embarcaderos. Incluso podrían diseñarse plataformas sobre
las que construir algún tipo de edificación, en cuyo caso la
velocidad del desplazamiento vertical de la misma debería ser
reducida por cuestiones de habitabilidad y confort. Los costes de
construcción serán proporcionales al tamaño y masa de la central,
que puede oscilar desde una estructura reducida a una de cientos de
metros, y estos últimos determinarán la cantidad de electricidad
obtenida.
Para la mejor comprensión de cuanto queda
descrito en la presente memoria, se acompañan unos dibujos en los
que, siguiendo un ejemplo esquemático, se presenta una de las
posibles formas que podría adoptar la planta mareomotriz de
generación energética mediante diferencia de potencial.
La figura 1 representa una vista en sección
lateral a una escala hipotética de la plataforma y sus
correspondientes generadores eléctricos, en la que se puede apreciar
la movilidad en vertical de la misma según el estado de la
marea.
En la figura 2 se incluye como posibilidad el
rodear la plataforma con un dique, de tal manera que la plataforma
actúe a modo de émbolo, empujando el agua por unas toberas en las
que se situarían turbinas, que girarían generando electricidad.
También podría haber turbinas en el borde del dique, por donde
entraría agua al subir la marea.
Así mismo en la figura 3 se representan, además
de los diques y sus turbinas, aspas en el fondo marino que girarían
produciendo electricidad debido a las turbulencias provocadas al
comprimirse el agua contenida en el dique al descender la
plataforma.
Por último, la figura 4 representa todo lo
contenido en los 3 casos anteriormente propuestos, con el añadido
de una posible edificación.
El sistema representado por la figura 1 consta
de una plataforma hueca con capacidad de flotar (04), sustentada
mediante unos engranajes (01) anclados a ésta pero dejando libre su
giro, que a su vez encajan en unos pilares dentados (02) permitiendo
el movimiento vertical de la plataforma a lo largo de los ejes de
los pilares. Dichos pilares están anclados a la cimentación (05) en
el fondo marino (06) y perforan la plataforma sin tocarla, evitando
que la estructura se desplace horizontalmente al estar en contacto
con los engranajes, siendo necesario un mínimo de 3 por cada pilar.
A su vez, los engranajes estarán conectados a un generador
eléctrico (03), de forma que puedan transmitir a éste los giros
producidos al elevarse o descender la plataforma según suba o baje
la marea (07) (08), produciéndose electricidad.
En la figura 2 se mantiene el mismo concepto
pero se añade la posibilidad de rodear la plataforma (04) con un
dique perimetral (09), de forma que al bajar la marea y por
consiguiente la plataforma, esta comprima el agua contenida en dicho
dique, para que salga a gran presión a través de unas toberas (10)
horadadas en la parte inferior del dique, provocando que giren unas
turbinas (11) en el interior de dichas toberas y generando así
electricidad. Siguiendo el mismo modelo de funcionamiento se pueden
situar turbinas a lo largo de la parte superior o borde del dique,
que girarían al subir la marea y verterse el agua al interior del
dique y también con el empuje de émbolo de la plataforma al
bajar.
Por último en la figura 3 se aprovecharían las
turbulencias generadas en el agua contenida en el dique (09) debido
a su aumento de presión al descender la plataforma (4), haciendo
girar unas aspas (12) situadas en el fondo marino, generando
electricidad.
Así mismo sobre la plataforma o en su interior
podría servir de cimientos a algún tipo de edificación (13), figura
4.
Claims (4)
1. Sistema mareomotriz generador de energía
eléctrica a partir de la diferencia de energía de potencial
gravitatorio de una masa situada a cierta altura y que emplea un
engranaje desmultiplicador para convertir la energía de movimiento
que se ha obtenido en energía eléctrica gracias a una dinamo
generadora. La energía generada provendrá tanto de la obtenida por
la bajada controlada de la plataforma, con lo que aprovecharemos el
peso de la misma, como de la energía de empuje del agua bajo la
plataforma y hacia arriba.
2. Sistema mareomotriz generador de energía
eléctrica a partir de la diferencia de energía de potencial
gravitatorio de una masa situada a cierta altura y que emplea un
sistema hidráulico de compresión para generar electricidad
accionando turbinas. Cuando la masa de la plataforma comienza a
bajar, lo hace sobre una zona preparada de forma que comprima el
agua que hay por debajo de ella. El agua, comprimida por la presión
de la masa de la plataforma se distribuye por un sistema de tubos
hidráulico y sale a gran presión, provocando el movimiento de unas
turbinas generadoras de electricidad y colocadas a tal efecto en
los tubos.
3. Sistema mareomotriz generador de energía
eléctrica a partir de la diferencia de energía de potencial
gravitatorio de una masa situada a cierta altura y que emplea un
sistema hidráulico de compresión para generar electricidad
accionando turbinas. Este sistema completa lo expuesto en la
reivindicación 2 añadiendo aspas colocadas horizontalmente, con
turbinas ancladas al lecho marino, de forma que éstas giraran
debido a las turbulencias provocadas por la compresión y consecuente
salida del agua por las toberas del dique al bajar la
plataforma.
4. En cualquiera de las reivindicaciones
expuestas 1, 2 o 3 podría servir la plataforma como cimentación
para la construcción de algún tipo de edificio, tanto en su
superficie como en su interior.
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