ES2376803A1 - Instalacion marina productora de energ�?a eléctrica. - Google Patents
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Abstract
Instalación marina productora de energía eléctrica, que comprende una plataforma flotante (1) dotada de tanques de lastrado (9) situados a proa y a popa, así como de un apéndice central inferior (2) de gran calado que queda rematado en un bulbo (3) en el que va montada una turbina (4) de eje horizontal axial, cuyo rotor de palas (5) queda situado fuera del bulbo (3) y acciona, a través de una transmisión (6) que discurre por el interior del bulbo (3) y/o apéndice (2), un generador de energía eléctrica (7).
Description
La presente invención se refiere a una instalación marina productora de energía eléctrica, que permite la obtención de energía eléctrica a partir de la energía cinética de las corrientes de agua, especialmente de corrientes del agua de mar.
La instalación de la invención es del tipo que comprenden una plataforma flotante en la que va montada una turbina, que es movida por las corrientes de agua del mar o medio en el que se encuentre dicha plataforma, y un generador eléctrico que es accionado por la turbina y va montado sobre la plataforma.
La invención tiene por objeto una instalación para el fin expuesto, constituida de modo que sea económicamente viable para la obtención de energía eléctrica a partir de una fuente de energía limpia e inagotable, como son las corrientes de agua marina. Antecedentes de la invención.
Existe un número creciente de diferentes mecanismos destinados a la obtención de energía eléctrica a partir de la energía cinética de las corrientes marinas.
La mayoría de estos aparatos se basan en turbinas sumergidas, que se sustentan en el fondo marino, como se describe en la WO 2004/048774, estos aparatos presentan varias desventajas: Primero, la velocidad de corriente es considerablemente menor en el fondo que en la superficie marina, con lo que obtiene menos energía disponible. Segundo, estos aparatos constan de una gran cantidad de partes móviles en el medio marino. Debido a la naturaleza corrosiva del agua marina, la vida útil de sus componentes se ve muy reducida. Tercero, estos aparatos son difíciles de instalar; dada su ubicación en zonas de grandes corrientes, y las maquinarias empleadas para estas operaciones son difíciles y peligrosas. Cuarto, estos aparatos están limitados a aguas poco profundas. Quinto, las zonas cercanas al fondo son las que presentan un mayor gradiente de velocidad en el eje vertical(Las palas en su recorrido ascendente avanzan a zonas de mayor flujo, produciendo un desequilibrio en la carga que cada pala ejerce sobre el eje de la turbina)
Existen también diferentes aparatos sustentados en Plataformas flotantes como por ejemplo se describe en las WO 88/04362, EP 1467091 y GB 2256011. La principal desventaja de estos diseños, es que no presentan soluciones al principal inconveniente de esta clase de dispositivos como son los movimientos causados en la plataforma flotante debido a las olas. Estos se trasmiten por toda la estructura, causando así tanto una perdida de eficiencia como un considerable aumento de la carga (particularmente en las palas), lo que conlleva a un aumento de la fatiga de los componentes, reduciendo así la vida útil del aparato.
La patente US2008050993 (A1) presenta un modelo semisumergido para garantizar la estabilidad del equipo. Este presenta un cuerpo principal, en el que se sitúa todo el equipo generador, que esta completamente sumergido. Esto dificulta tanto las tareas de mantenimiento del equipo, como la estabilización del aparato por medio de la flotabilidad.
Como antecedente en España puede citarse el Modelo de Utilidad con número de solicitud de patente U 200701772 “Buque de transformación de corrientes marinas en energía". Si bien este modelo contempla la utilización de un buque para la extracción de energía de las corrientes marinas, el citado modelo está enfocado a la transformación de esta energía en una forma de acumulación de energía para poder ser transportable a tierra, sin resolver ni problemas de estabilidad frente a olas, ni asegurar el aproado a la corriente de flujo de agua. Además presenta una disposición de las palas, según la cual el plano de giro de palas del Buque se sitúa en sentido paralelo al flujo de corriente marina. Descripción de la invención.
La presente invención tiene por objeto una instalación marina de producción de energía eléctrica, constituida de modo que permita optimizar tanto la durabilidad de dicha instalación, como los costes de producción de energía eléctrica, de modo que la energía producida sea competitiva frente a otros tipos de energías alternativas.
La instalación de la invención comprende una plataforma flotante en la que va montada una turbina que es movida por las corrientes de agua marina o del medio en el que se encuentre la instalación, y acciona un generador eléctrico.
La plataforma, de acuerdo con la invención, está dotada de un apéndice central inferior de gran calado que queda rematada en un bulbo extremo en el que va montada la turbina de eje horizontal axial, con el rotor de palas situado fuera del bulbo. A partir de este eje horizontal discurren, siempre por el interior del bulbo y/o apéndice central, los mecanismos de transmisión para el accionamiento del generador de energía eléctrica, instalado en la plataforma, en el interior del bulbo e incluso en el apéndice central.
Según otra característica de la invención, la plataforma está dotada de medio para controlar su flotabilidad y su trimado y escora, así como de medios para controlar la estabilidad y orientación de su eje longitudinal.
Los medios para controlar la flotabilidad y horizontalidad de la plataforma consisten en tanques de lastrado que van situados interiormente en la plataforma, hacia proa y hacia popa. Estos tanques disponen de medios de llenado de agua del mar o del medio en el que se encuentre la plataforma y de trasvase entre tanques, medios que pueden consistir en válvulas de paso y en un sistema del control del lastre contenido en cada tanque.
Para controlar la estabilidad y orientación del eje longitudinal de la plataforma, además de los tanques comentados de lastrado, la plataforma incluye apéndices móviles situados por debajo de dicha plataforma.
La existencia de los tanques de lastrado variables, junto con un diseño de cadena adecuado, permite optimizar el funcionamiento del equipo de generación. Para ello, el diseño de carena se basa en una estructura longitudinal, la cual, dependiendo de los requisitos de efectividad transversal, podrá incorporar estructuras adicionales de flotación, o lo que es lo mismo una configuración de multi-casco. En este caso, la distancia entre el cuerpo principal y los cascos adicionales dependerá de los requerimientos específicos de estabilidad transversal de la plataforma en la ubicación del trabajo. En cuanto al diseño de la sección transversal de la plataforma se buscará minimizar la influencia del viento, para lo cual se deberá minimizar la resistencia aerodinámica generada en el plano horizontal, mediante un diseño ovalado tanto de la superficie a flote del cuerpo principal como de las estructuras adicionales que pudieran existir.
Con las disposiciones descritas se garantiza también la orientación del plano de giro de las palas. Debido al par generado por los elementos de extracción de energía, así como la fuerza generada por la corriente marina en la estructura, se produce un trimado longitudinal que provoca que el plano de giro de las palas no se sitúe perpendicular a la sección de flujo de la corriente marina. En este caso, se modificaría el porcentaje de llenado en los tanques de lastre, de forma que se incremente el peso en la sección de la plataforma opuesta al origen de la corriente de agua. Este incremento proporcional de llenado, irá incrementando a medida que aumente la velocidad de flujo de la corriente, garantizando así el posicionamiento horizontal de la plataforma.
Otra de las ventajas que se logra con la constitución descrita es minimizar el efecto de las olas. La carena presentará menor superficie de flotación al disminuir el francobordo. Para conseguir esta disminución de francobordo, se procederá a un incremento en el llenado de los tanques de uno y otro lado, lo que produce un hundimiento de toda la estructura. Con lo que se consigue que el efecto perturbador de las olas se minimice.
Igualmente se logra minimizar el efecto del viento. De esta manera también se produce una disminución de la superficie total de obra muerta, al disminuir el francobordo, minimizando así el efecto del viento y con ello garantizando la orientación óptima de la plataforma.
Por último, la instalación de la invención permite poder modificar su situación por motivos estacionales y optimizar la generación y posibilidad de mantenimiento a flote, en puerto o en seco.
Todas las posibilidades expuestas pueden incrementarse con la incorporación de sistemas adicionales de estabilidad y orientación, por ejemplo mediante la presencia de apéndices móviles inferiores. Breve descripción de los dibujos.
En los dibujos adjuntos se muestra, a título de ejemplo no limitativo y de forma esquemática, una instalación marina productora de energía eléctrica, compuesta por una plataforma flotante que incluye las características de la invención.
En los dibujos:
La figura 1 es una perspectiva de una instalación marina productora de energía eléctrica, constituida de acuerdo con la invención.
La figura 2 es un alzado frontal de la misma instalación.
La figura 3 es una sección longitudinal esquemática de la plataforma, tomada según la línea de corte III-III de la figura 2.
La figura 4 es un alzado lateral de la instalación, en situación de flotación normal.
La figura 5 es una vista similar a la figura 4, mostrando la instalación en una situación de flotación en condiciones adversas. Descripción detallada de un modo de realización.
En las figuras 1 y 2 se muestra una instalación marina productora de energía eléctrica, que comprende una plataforma flotante 1 la cual dispone de un apéndice central inferior 2 de gran calado que queda rematada en un bulbo 3, en el que va montada una turbina o hélice externa 4 de eje horizontal axial, cuyo rotor de palas 5 queda situado fuera de dicho bulbo 3, mientras que los mecanismos de giro y/o generación quedan situador dentro del mismo.
Según puede apreciarse en la figura 3, por el interior del apéndice 2 discurre una transmisión 6 que conecta la turbina 4 con un alternador 7 instalado en la plataforma 1.
Según se muestra en la misma figura 3, la plataforma 1 dispone de tanques de lastrado 8 que van situados hacia proa y hacia popa, que servirán como medios para controlar la flotabilidad y horizontalidad de dicha plataforma. Estos tanques están subdivididos en compartimentos estancos 9. Los tanques 8 disponen de medios de llenado y vaciado, que pueden incluir bombas y válvulas, así como de medios 11 para el trasvase del líquido de unos a otros compartimentos 9 y que también pueden incluir bombas y válvulas correspondientes. Unos y otros medios están regulados desde un sistema de control central 12.
El conjunto de compartimentos estancos 9, con los medios 10 de llenado y de trasvase 11 constituyen un sistema de lastrado a partir del agua del medio en el que se encuentre la plataforma. Para aumentar el lastre en la plataforma, el sistema de llenado 10 dejará entrar agua al interior del compartimento estanco correspondiente, controlándose la línea de flotación. Para la estabilización y liberación del eje longitudinal de la plataforma, este lastre podrá transferirse a compartimentos situados más alejados del centro de la plataforma, consiguiendo de esta manera mayor contrapeso.
La plataforma 1 podrá incorporar, dependiendo de los requisitos de estabilidad transversal, estructuras adicionales de flotación 13, figuras 1 y 2, dependiendo la
distancia entre el cuerpo principal 1 y los cascos
adicionales 13 de los requerimientos específicos de
estabilidad transversal del conjunto de la plataforma. Tanto
- el
- cuerpo central 1 como los cuerpos o estructuras
- adicionales
- 13 tendrán una sección transversal
- aproximadamente
- ovalada, con el fin de minimizar la
resistencia aerodinámica, en la superficie que se encuentre a flote.
El diseño de carena comentado, la quilla, junto con la inclusión de apéndices 14 de apéndices orientables y amarres 15 para el control de las tensiones de fondeo, permiten el aproado de la plataforma a la corriente de agua, es decir que la orientación del eje longitudinal de la estructura pueda situarse paralela al sentido de flujo de la corriente de agua. De esta manera se optimiza la orientación del plano de giro de las palas 5 de la turbina 4. Para ello además del aproado que se produce por un diseño de carena con perfiles longitudinales, se incorporan los apéndices 14 con movilidad en el eje transversal, los cuales aportarán una mayor capacidad de control de rumbo-aproado. Estos apéndices 14, al aumentar la corriente, ejercerán un mayor efecto timón, permitiendo de esta manera un elementos adicional de aproado a la corriente del agua.
El apéndice 2 y bulbo 3 tendrán un tamaño suficiente para la instalación en su interior del equipo necesario para la obtención de energía, como es la turbina 4 y transmisión
6. De esta forma todos los componentes del equipo, a excepción de las palas 5, quedan situados en el interior de la estructura flotante, facilitando tanto instalación y mantenimiento como la vida útil de todo el equipo.
La plataforma 1 tendrá una distribución interna que garantice el fácil acceso en seco a todas las piezas del equipo generador, para su mantenimiento y sustitución.
El bulbo 3 constituye la base para la instalación del sistema de producción de energía, tipo turbina, palas o hélice. Estas palas 5 estarán instaladas en un eje de transmisión, quedando su plano de rotación en sentido perpendicular al flujo de corriente de agua. Este sistema de producción de energía, con la incidencia de la corriente de agua, crea un movimiento de rotación en el eje horizontal de la turbina 4, que será el encargado de transmitir el par de fuerza desde las palas 5, situadas en el exterior de la estructura, al interior de la misma y que se conecta a través de la transmisión 6 con el alternador 7, pudiendo incluir un medio multiplicador para optimizar el proceso de generación eléctrica.
En la figura 4 se muestra la posición de la plataforma 1 en condiciones normales de trabajo, mientras que en condiciones adversas de trabajo, mediante los compartimentos 9 de lastrado, se eleva la línea de flotación quedando casi toda la estructura de la superficie sumergida, reduciendo así la superficie expuesta al viento. En definitiva se logra una superficie de flotabilidad variable, con la que se garantiza su estabilidad
El sistema de lastrado variable cumple la función de compensar el par trimante generado tanto por la turbina como por su base de sustentación, compensación que se logra por la diferencia proporcional de llenado de los tanques situados a proa y a popa.
El sistema de lastrado variable y el diseño de cadena descrito permiten, al aumentar el lastrado de los tanques de uno y otro lado, disminuir la superficie de obra muerta a medida que la línea de flotación se acerca al franco-bordo de la plataforma, incrementando así la actividad dinámica de la misma.
Tal y como se ha señalado, el generador de energía eléctrica 7 podría ir instalado dentro del mismo bulbo 3 e incluso dentro del apéndice 2, quedando en cualquier caso los mecanismos de transmisión entre el eje del rotor de palas 5 y dicho generador situados dentro del bulbo y/o apéndice 2, hasta alcanzar la plataforma 1, en caso de que el generador vaya montado en dicha plataforma.
Claims (5)
- REIVINDICACIONES1.-Instalación marina productora de energía eléctrica, que comprende una plataforma flotante en la que va montada una turbina que es movida por las corrientes de agua marina y acciona un generador eléctrico, situado sobre dicha, caracterizada porque la plataforma dispone de un apéndice central inferior de gran calado que queda rematado en un bulbo externo, en el que va montada una turbina de eje horizontal, con el rotor de palas situado fuera de dicho bulbo y los mecanismos de giro y/o generación dentro del mismo, discurriendo también interiormente, a través del bulbo y/o apéndice, la transmisión entre dicha turbina y el generador de energía eléctrica; y porque la plataforma dispone además de medios para controlar su flotabilidad y horizontalidad, de medios para controlar la estabilidad y orientación de su eje longitudinal y de amarres para anclado al fondo marino, que soportarán la tracción de la corriente.
- 2.-Instalación según la reivindicación 1, caracterizada porque los medios para controlar la flotabilidad y horizontalidad de la plataforma consisten en tanques de lastrado situados dentro de la plataforma, hacia la proa y hacia la popa, cuyos tanques están subdivididos en compartimentos estancos dotados de medios de llenado de agua y de trasvase de agua entre tanques, así como de un sistema de control del lastre contenido en cada tanque.
- 3.-Instalación según la reivindicación 1, caracterizada porque los medios para controlar la estabilidad y orientación del eje longitudinal de la plataforma incluyen apéndices inferiores móviles.
- 4.-Instalación según la reivindicación 1, caracterizada porque los medios para controlar la estabilidad y orientación del eje longitudinal de la plataforma incluyen además amarres al fondo marino.OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCASN.º solicitud: 200930740ESPAÑAFecha de presentación de la solicitud: 28.09.2009Fecha de prioridad:INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA51 Int. Cl. : F03B17/06 (2006.01) F03B13/26 (2006.01)DOCUMENTOS RELEVANTES
- Categoría
- 56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas
- X
- US 2009230686 A1 (CATLIN CHRISTOPHER S) 17.09.2009, 1-4
- párrafos [85-86],[90-91],[220-224],[240],[251-255]; figuras 1-4,11-18.
- X
- US 2008258465 A1 (JOHNSTON BARRY) 23.10.2008, 1-4
- párrafos [19-28]; figuras.
- A
- US 2008050993 A1 (MACKIE GRAEME C) 28.02.2008, 1-4
- párrafos [32-34],[38-41]; figuras.
- A
- WO 2008100157 A1 (HYDRA TIDAL ENERGY TECHNOLOGY et al.) 21.08.2008, 1-4
- página 4, línea 7 – página 5, línea 28; figuras.
- A
- WO 2008009130 A1 (EDF EN NOUVELLES S A et al.) 24.01.2008, 1-4
- párrafos [49-52],[57-61],[90]; figuras.
- Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud
- El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:
- Fecha de realización del informe 05.03.2012
- Examinador J. Galán Mas Página 1/4
INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICANº de solicitud: 200930740Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) F03B Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos debúsqueda utilizados) INVENES, EPODOCInforme del Estado de la Técnica Página 2/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 200930740Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 05.03.2012Declaración- Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)
- Reivindicaciones 2 Reivindicaciones 1,3-4 SI NO
- Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)
- Reivindicaciones Reivindicaciones 1-4 SI NO
Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).Base de la Opinión.-La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.Informe del Estado de la Técnica Página 3/4OPINIÓN ESCRITANº de solicitud: 2009307401. Documentos considerados.-A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.- Documento
- Número Publicación o Identificación Fecha Publicación
- D01
- US 2009230686 A1 ( CATLIN CHRISTOPHER S) 17.09.2009
- D02
- US 2008258465 A1 (JOHNSTON BARRY) 23.10.2008
- D03
- US 2008050993 A1 ( MACKIE GRAEME C) 28.02.2008
- D04
- WO 2008100157 A1 (HYDRA TIDAL ENERGY TECHNOL et al.) 21.08.2008
- D05
- WO 2008009130 A1 (EDF EN NOUVELLES S A et al.) 24.01.2008
- 2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaraciónEl documento D01 describe una instalación productora de energía eléctrica, que comprende una plataforma flotante (211) en la que va montada una turbina que es movida por una corriente de agua, de un río o producida por las marea, y acciona un generador eléctrico (394), que puede estar situado sobre dicha plataforma (211) (ver párrafo 90), donde la plataforma (211) dispone de un apéndice central inferior (400) de gran calado que queda rematado en un bulbo externo (121), en el que va montada una turbina de eje horizontal (402), con el rotor de palas situado fuera de dicho bulbo (121) y los mecanismos de giro y/o generación dentro del mismo, discurriendo también interiormente, a través del bulbo y/o apéndice, la transmisión entre dicha turbina y el generador de energía eléctrica; y porque la plataforma dispone además de medios para controlar su flotabilidad y horizontalidad (ver párrafo 91), de medios para controlar la estabilidad y orientación de su eje longitudinal, con apéndices móviles (401) entre otros, y de amarres (115) para, en determinados casos (ver párrafo 251, por ejemplo), anclado al fondo, que soportarán la tracción de la corriente.Por tanto, todas las características definidas en la reivindicación 1 y en las dependientes 3 y 4 ya están descritas en el documento D01 por lo que dichas reivindicaciones 1, 3 y 4 no cumplen el requisito de novedad según el artículo 6 de la Ley 11/1986.Además, el documento D01 describe el uso de tanques de lastrado dentro de la plataforma (211), a proa y a popa, que permiten controlar la flotabilidad y la horizontalidad de ésta, mediante el llenado y vaciado de agua de dichos tanques (ver, por ejemplo, párrafo 254).El objeto de la reivindicación 2 difiere de lo mostrado en el documento D01 en que además detalla que cada tanque de lastrado se divide, a su vez, en compartimentos estancos con medios de llenado y de trasvase de agua entre tanques. Sin embargo, no se considera que esta diferencia confiera ningún elemento de significación inventiva con respecto al estado de la técnica mostrado en el documento D01, y en otros documentos citados, ya que se consideran características más detalladas de una realización práctica de la técnica mostrada en dichos documentos. Por tanto, la reivindicación 2 no implica actividad inventiva según el artículo 8 de la Ley 11/1986.Informe del Estado de la Técnica Página 4/4
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| ES200930740A Active ES2376803B1 (es) | 2009-09-28 | 2009-09-28 | Instalacion marina productora de energía eléctrica. |
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|---|---|
| ES (1) | ES2376803B1 (es) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2502166A (en) * | 2012-05-14 | 2013-11-20 | Sustainable Marine Energy Ltd | A flowing-water driveable turbine assembly |
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| CN104884786A (zh) * | 2012-10-24 | 2015-09-02 | 蒂达丽斯公司 | 漂浮式潮汐涡轮机 |
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2009
- 2009-09-28 ES ES200930740A patent/ES2376803B1/es active Active
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| ES2376803B1 (es) | 2013-01-24 |
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