ES2435090A1

ES2435090A1 - Módulo convertidor de energía de las olas marinas sumergible, y sistema convertidor que comprende una pluralidad de tales módulos

Info

Publication number: ES2435090A1
Application number: ES200930487A
Authority: ES
Inventors: Juan Luis OSA AMILIBIA; Ekaitz ZULUETA GUERRERO
Original assignee: Euskal Herriko Unibertsitatea
Current assignee: Euskal Herriko Unibertsitatea
Priority date: 2012-06-12
Filing date: 2012-06-12
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2032-06-12
Also published as: ES2435090B1

Abstract

Módulo convertidor de energía de las olas marinas, que comprende un cuerpo contenedor (8) cerrado por una tapa (11) desplazable verticalmente en respuesta a cambios de peso entre valles (20a) y crestas (20b) de las olas que pasan encima del módulo convertidor (M), y una cámara interna (8a) que está al vacío y que aloja un cilindro hidráulico (5) que bombea agua marina a presión a un circuito hidráulico que incluye medios de acumulación de energía (13) en forma de presión, medios de accionamiento (6) conectados al cilindro hidráulico (5) y a la tapa (11) para trasladar los desplazamientos de la tapa (11) al cilindro (5), y dos muelles (3) dispuestos entre la tapa (11) y el fondo del cuerpo contenedor (11) que se comprimen cuando la tapa (11) se desplaza hacia abajo al paso de una ola (20) y se expanden una vez pasada la ola empujando el elemento móvil (11) hacia arriba. El sistema convertidor comprende una pluralidad de tales módulos (M).

Description

MÓDULO CONVERTIDOR DE ENERGÍA DE LAS Y SISTEMA CONVERTIDOR QUE COMPRENDE MÓDULOS: OLAS MARINAS SUMERGIBLE, UNA PLURALIDAD DE TALES

5: CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

10: La presente invención se encuadra en el campo técnico de los sistema~'3 de generación de energía eléctrica particularmente, en el sector de los sistemas convertidores de la energía de las olas en energía hidráulica susceptible de propulsar un generador de energía eléctrica o de posibilitar la desalación de agua marina.

ANTECEDENTES: DE LA INVENCIÓN

15

2 O 25: En los últimos años, el interés por aprovechar la energía de las olas para generar energía eléctrica ha resurgido debido a la necesidad de desarrollar fuentes de energías renovables competitivas para disminuir la dependencia del petróleo, para lo cual se han estado y se están desarrollando diferentes diseños con muy diferentes principios de funcionamiento y soluciones técnicas. El agresivo ambiente marino junto con la variabilidad de las olas, suponen problemas técnicos que explican la multitud de soluciones diferentes planteadas. Es de esperar que el diseño ganador que solucione estos problemas técnicos tendrá un amplio mercado, y un desarrollo parecido al que ha tenido la energía eólica.

30: Los diferentes tipos de convertidores se clasifican según su localización: en la costa (on-shore), cerca de la costa (near-shore) o en alta mar (off-shore).

En los sistemas on-shore el convertidor está situado en la costa, en la barra de un puerto de nueva construcción o en una plataforma fija. El sistema más común es el OWC (Oscillating Water Column = Columna Oscilante de Agua) que se basa en una cámara cerrada en su parte superior y abierta en su parte inferior, en la cual varía la presión del aire encerrado debido a la columna de agua variable creada por la ola al chocar con la estructura. El aire es turbinado generándose así energía eléctrica. La ventaja del sistema OWC es que, al estar ubicado en la costa, es fácilmente accesible para su mantenimiento. No obstante, tiene la desventaja de que, debido a que la ola llega a la costa debilitada, es necesario colocar las instalaciones OWC en puntos especiales

(: I hot spots ') en los que el oleaje llega con más fuerza, lo

cual: limita las ubicaciones idóneas para este tipo de

sistemas: que, además, implican un impacto ambiental en la

costa considerable. Hoy en día, hay varios prototipos basados en el sistema OWC en marcha (Azores, Escocia) y, asimismo, ya se están construyendo las primeras instalaciones comerciales de tipo OWC, como por ejemplo en la nueva barra del puerto de Mutriku, GuipÚzcoa. También se han desarrollado versiones off-shore que trabajan con el mismo principio que el sistema OWC.

Otros sistemas convertidores para convertir la energía de las olas en energía eléctrica emplean dispositivos de absorción puntual (" Point Absorbers") de la energía de las olas. Estos dispositivos se basan en el principio de Arquímedes, es decir utilizan un elemento flotante (boya), y pueden ser tanto on-shore, near-shore, como off-shore. Pueden transformar directamente el movimiento lineal en energía eléctrica con generadores lineales o utilizar un estado intermedio como agua o aceite a presión. Tienen la gran

desventaja de estar muy expuestos a las tormentas marinas.

Por otra parte, los sistemas de desbordamiento ("Overtopping") se pueden situar en la costa o en plataformas flotantes en alta mar. La ola choca contra la pared del depósito de un convertidor rebasándolo. La diferencia de altura entre el agua que se encuentra en el depósito y el nivel del mar permite generar energía con una turbina Kaplan.

También se conocen sistemas articulados que aprovechan el movimiento relativo entre elementos flotadores para comprimir agua, así como pendulares que oscilan con el movimiento de las olas aprovechando además de la energía potencial de las olas, la energía cinética, logrando así grandes eficiencias. Al tratarse de sistemas flotantes tienen la desventaja de estar expuestos a las inclemencias del mar.

Además de los citados, se han descrito sistemas de generación eléctrica basados en principios que podrían calificarse de 'exóticos' como los de gradiente térmico, giroscopios, etc. que, no obstante, se encuentran en una fase demasiado temprana de su desarrollo como para saber si pueden conducir a resultados industrialmente aprovechables.

Para proteger el convertidor de los temporales, también se han desarrollado sistemas que trabajan sobre el fondo submarino. Al respecto, básicamente existen dos grupos principales: los oscilantes y los de columna oscilante de agua. Los sistemas oscilantes suelen ser sistemas near-shore, que aprovechan las corrientes submarinas para bombear agua a presión a la costa, mientras que los sistemas de columna oscilante de agua utilizan el cambio de presión que ejerce la ola sobre una plataforma o sobre un diafragma cuando pasa sobre el convertidor. El movimiento oscilante se puede utilizar para generar directamente energía eléctrica mediante un generador lineal, o para bombear agua a presión a la costa.

Actualmente se están desarrollando paralelamente, sistemas con principios de trabajo muy diferentes, que todavía no han cumplido las expectativas en cuanto a fiabilidad e integridad en el ambiente marino. Además de problemas de cimentación, el cable submarino para transportar la energía eléctrica hasta la costa es muy caro (su coste e implantación casi es la mitad de la inversión). La tendencia es diseñar convertidores de tamaño grande, situados en alta mar, off-shore, donde las olas tienen más energía, y que sean capaces de competir con la energía eólica. Pocos sistemas han pasado de prototipo al nivel comercial (POWERBUOY y WAVEGEN

(OWC) ). Hasta la fecha ninguno de ellos ha demostrado la fiabilidad necesaria para crear confianza en los clientes.

Convertidores de energía de las olas que utilizan una membrana o un diafragma, o plataformas rígidas, para captar la columna de agua, se han descrito en una pluralidad de documentos del estado de la técnica. Así, las solicitudes de patente W099/66198, W097/37123, US2007/0253841, US2008/0019847, US2008/0050178, W02004/003380 y W095/08060 describen sistemas que utilizan una membrana, que recupera su posición gracias al aire encerrado en el convertidor. Excepto en los sistemas descritos en las solicitudes de patente W099/66198, W097/37123 que incorporan un conjunto de bomba-generador, esos convertidores de energía de las olas envían agua a presión a la costa, y no utilizan ningún sistema de control, por lo cual el cilindro hidráulico que incorporan tiene carrera variable.

La solicitud de patente canadiense CA-2408855 describe un sistema convertidor de energía de las olas que comprende una torre que trabaja a presión atmosférica. Específicamente, este sistema convertidor comprende una cámara con un extremo inferior cerrado que descansa sobre el fondo marino, y con un extremo superior abierto hacia el mar, un pistón convertidor situado en la cámara y una cámara rellena de un gas, ventilada para funcionar a presión atmosférica y dispuesta debajo del pistón. El pistón es susceptible de desplazarse axialmente dentro de la cámara de tal manera que se desplaza verticalmente en respuesta a las variaciones de la presión del oleaje de agua marina que pasa por encima del pistón. Los desplazamientos verticales correspondientes del pistón se convierten en energía hidráulica absorbida por una pluralidad de cilindros hidráulicos para así poder bombear un fluido hidráulico que, a su vez, se usa para generar energía eléctrica. A su vez, en las solicitudes de patente W02008/149084 y CA-2302389 se describen sistemas que utilizan una plataforma rígida, la cual recupera su posición por un gas atrapado en el convertidor y que incorporan un grupo turbina-generador en el mismo convertidor. En estos sistemas la resonancia con las olas se consigue actuando sobre la presión del aire que se encuentra en la cámara, obteniéndose así una mayor eficiencia energética.

Si bien los sistemas convertidores de energía de las olas marinas constituyen avances, presentan el inconveniente de que su materialización requiere una estructura compleja y, por lo tanto, inversiones económicas elevadas. Era, por lo tanto, deseable desarrollar un sistema convertidor de la energía de las olas marinas con el objetivo de poder aplicar con criterios de simplicidad, utilizara elementos comerciales estándar, ofreciera un mantenimiento accesible y mínimo, a un

coste bajo y de fácil construcción, y permitiera aplicar una estrategia de control adaptada a las condiciones de trabajo y al tamaño de ola momentáneo para así maximizar la generación de energía.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención tiene por objeto alcanzar el objetivo más arriba detallado, mediante un módulo convertidor de energía de las olas marinas sumergible, que comprende un cuerpo contenedor con una cámara interna, al menos un cilindro hidráulico accionado por un vástago para bombear agua marina entrante por UN conducto de entrada, a través de un conducto de salida de agua marina a presión a un circuito hidráulico, un elemento móvil verticalmente desplazable entre una posición superior y una posición inferior en respuesta a cambios de peso entre valles y crestas de las olas que pasan encima del módulo convertidor, cerrando el elemento móvil superiormente dicha cámara interna, medios recuperadores de posición elásticamente comprimibles y conectados al elemento móvil y que se comprimen cuando el elemento móvil se desplaza hacia dicha posición inferior al paso de una cresta de ola y que se expanden para que el elemento móvil vuelva a dicha posición superior al paso de un valle de ola, medios de accionamiento conectados al vástago del cilindro hidráulico y al elemento

móvil,: para trasladar los desplazamientos verticales del

elemento móvil: al cilindro hidráulico, que se caracteriza

porque

el cilindro hidráulico, los medios recuperadores de posición y los medios de accionamiento están alojados en dicha cámara interna,

el cilindro hidráulico está montado en el fondo del cuerpo contenedor,

el elemento móvil es una tapa desplazable verticalmente con respecto al cuerpo contenedor y que cierra herméticamente la cámara interna del cuerpo contenedor;

los medios recuperadores de posición comprenden al menos un muelle, preferentemente un muelle de acero inoxidable ondulado dispuesto en vertical entre dicha tapa desplazable y la base inferior del cuerpo contenedor;

la cámara interna se encuentra al vacío, a una presión inferior a 100 Pa, preferentemente inferior a 25 Pa, y más preferentemente inferior a 10 Pa.

Para conseguir este vacío en la cámara interna del módulo convertidor, el cuerpo contenedor del módulo está provisto de una o más válvulas de vacío a través de las que puede extraerse aire acumulado en su cámara interna mediante la acción de una bomba de vacío conectada a dicha válvula.

De acuerdo con las características del módulo de la presente invención, la tapa desplazable que oscila entre una posición superior y otra inferior en función del oleaje que pasa por encima del módulo, recupera su posición superior por la acción del o de los muelles, y actúa sobre la presión del agua del sistema para trabaj ar en resonancia con las olas, obteniéndose así un sistema críticamente amortiguado. Asimismo, el hecho que el interior del módulo se encuentra al vacío, evita que la tapa desplazable, además de tener que accionar el cilindro hidráulico, tenga que realizar, contrariamente a lo que ocurre en algunos sistemas convencionales, un esfuerzo adicional para comprimir aire que pudiera encontrarse en el interior del módulo.

De acuerdo con la invención, el conducto de salida de agua marina a presión se conecta preferentemente a una

turbina, como por ejemplo una turbina Pelton, propulsora de un

generador de electricidad si bien también es posible conectar

este conducto de salida a una instalación de desalinización

por osmosis inversa.

5

Muelles ondulados que pueden ser empleados en los módulos

convertidores de la presente invención son, por ej emplo, los

comercializados por la firma SMALLEY STEEL RING CO., Lake

Zurich, Illinois, EE. UU., baj o la denominación SMALLEY WAVE

10: SPRINGS.

En una realización preferente de la invención, los medios

de accionamiento comprenden al menos un primer mecanismo de

palanca que a su vez comprende una palanca, preferentemente en

15: forma de cercha, con un brazo de resistencia articulado al

cuerpo contenedor, un brazo de potencia con su extremo libre

articulado al vástago del cilindro, y un fulcro articulado en

la tapa desplazable. En esta realización preferente, el brazo

de resistencia puede estar articulado por su extremo libre a

2 O: una pared interior del cuerpo contenedor, mientras que el

fulcro puede estar articulado en la tapa desplazable a través

de un brazo de conexión con un extremo inferior articulado en

la palanca y un extremo superior articulado en un primer

mecanismo de corredera vertical, por ejemplo en una

25: guía-corredera de bolas. Este mecanismo de corredera comprende

un tope superior de fin de carrera y un tope inferior de fin

de carrera inferior y está dispuesto en una primera guía fija

unida al cuerpo del convertidor, mientras que la corredera

deslizante está montada en la tapa desplazable. De esta manera

30: se consigue que, cuando la tapa desplazable se desplaza hacia

dicha posición inferior, el extremo superior del brazo de

conexión se desliza en una guía fija del mecanismo de

corredera hasta el tope superior empujando entonces el extremo

libre del brazo de potencia conectado al vástago del cilindro hacia abajo, y, cuando la tapa desplazable se desplaza hacia su posición superior, el extremo superior del brazo de conexión se desliza en el primer mecanismo de corredera hasta el tope inferior arrastrando entonces el extremo libre del brazo de potencia conectado a dicho vástago hacia arriba. Preferentemente, el primer mecanismo de palanca está articulado al vástago del cilindro hidráulico a través de un miembro conector articulado al extremo libre del brazo de potencia y al vástago del cilindro hidráulico. Este mecanismo de palanca ofrece la ventaj a de multiplicar el movimiento vertical de la tapa desplazable en su extremo conectado al vástago del cilindro hidráulico, de manera que permite un accionamiento muy eficaz del cilindro hidráulico.

En una realización especialmente preferida que permite una transmisión de esfuerzos particularmente estable del movimiento de la tapa desplazable al cilindro hidráulico, el módulo convertidor comprende además un segundo, un tercer y un cuarto mecanismo de palanca con estructuras y funcionamientos iguales que los del primer mecanismo de palanca, y un segundo, un tercer y un cuarto mecanismo de corredera, con estructuras y funcionamientos iguales que los del primer mecanismo de corredera y dispuestos respectivamente en una segunda, una tercera y una cuarta guía fija con estructuras iguales que la de la primera guía fij a. A su vez, el brazo de potencia de cada mecanismo de palanca está articulado al vástago del cilindro hidráulico, y el brazo de resistencia de cada mecanismo de palanca está articulado en el cuerpo contenedor en una ubicación distinta a la de los otros. De esta manera, el fulcro de cada mecanismo de palanca está articulado en la tapa desplazable en uno de los mecanismos de corredera. En esta realización preferida, están dispuestos respectivamente cuatro mecanismos de corredera en posiciones diagonalmente opuestas de tal forma que respectivamente cuatro de los mecanismos de palanca se extienden axialmente a lo largo de sendas líneas diagonales que se cruzan en el vástago del cilindro hidráulico. Además, en esta realización especialmente preferida, el módulo convertidor puede comprender además dos muelles, preferentemente muelles de acero inoxidable ondulado, dispuestos cada uno entre la tapa desplazable y la base inferior del cuerpo contenedor. Uno de los muelles está dispuesto entre el segundo mecanismo de palanca y el tercer mecanismo de palanca mientras que el otro muelle está dispuesto entre el cuarto mecanismo de palanca y el primer mecanismo de palanca. Preferentemente, cada muelle se coloca precargado, para evitar que la tapa desplazable aguante cargas innecesarias cuando el módulo no está sumergido. Para ello, cada muelle está alojado preferentemente entre un soporte inferior de muelle, el cual comprende un regulador exterior de precarga, así como un tope superior sostenido por una viga de soporte solidariamente unida al cuerpo contenedor ya que puede incluir las guías fijas de las correderas deslizantes de la tapa desplazable a ambos lados.

Preferentemente, el módulo convertidor comprende al menos un filtro de admisión de agua marina que conecta con el cilindro hidráulico preferentemente mediante una válvula de tres vías (preferentemente pilotada eléctricamente) la cual regula, en función del ciclo de trabajo del cilindro hidráulico, la entrada de agua marina al cilindro hidráulico y la salida al o, en su caso, a los acumuladores. Preferentemente, el módulo convertidor comprende al menos un acumulador de agua marina de alta presión conectado entre la válvula distribuidora de tres vías y el colector que une los caudales de los diferentes módulos. La función de este

acumulador es acumular energía en forma de agua a presión, almacenando parte del caudal de agua marina bombeada por el cilindro hidráulico y amortiguando los pulsos del cilindro hidráulico y las variaciones del tamaño de las olas, para así conseguir un caudal estable de agua marina saliente de los módulos hacia un conducto de transporte de agua a presión, además de estabilizar la presión del circuito hidráulico del sistema. En una realización preferida, el módulo convertidor comprende tres de estos acumuladores que tienen una capacidad de almacenaj e de 2 a 7 olas y preferentemente 5 olas, es decir, 2 a 7 y preferentemente 5 veces el volumen del cilindro hidráulico, y están calibradas a diferentes presiones de trabajo.

Entre la salida de agua marina a presión de la válvula distribuidora de tres vías y el acumulador puede estar interconectada una válvula antirretorno para evitar reflujos de agua marina a presión hacia el cilindro hidráulico.

El módulo convertidor puede disponerse en el fondo marino con interposición de un dispositivo de cimentación que comprende dos cuerpos de soporte unidos entre sí, por ejemplo, mediante barras de conexión. Las superficies interiores de cada cuerpo de soporte pueden presentar rampas con inclinaciones complementarias a la configuración de la parte inferior del cuerpo contenedor, que puede tener, por ejemplo, una sección horizontal troncocónica inversa, lo cual hace más fácil la alineación durante la operación de acoplamiento del módulo al dispositivo de cimentación. Cada uno de los cuerpos de soporte puede presentar en su lado interior dos entrantes en cuyo interior están dispuestos sendos pestillos de anclaje que enganchan con ganchos de acoplamiento dispuestos en los cajeados de anclaje del cuerpo contenedor cuando éste descansa

en el dispositivo de cimentación. Uno o cada uno de los cuerpos de soporte puede presentar además una escotadura de paso que dej a espacio para un conducto de entrada de agua marina y un conducto de salida de agua marina a presión que

5: salen del cuerpo contenedor. Esta disposición permite

posicionar, acoplar y desacoplar el módulo convertidor

fácilmente en su implantación o en operaciones de

mantenimiento, las cuales se realizan con un remolcador y una

grúa flotante.

10

El sistema convertidor de energía de las olas marinas

según la presente invención comprende una pluralidad de

módulos convertidores de energía sumergidos y dispuestos en el

fondo marino, al menos una estación remota hidráulicamente

15: conectada a los módulos convertidores para recibir, a través

de un medio de admisión, agua a presión de los módulos

convertidores, y un sistema de control, siendo cada uno de los

módulos convertidores un módulo convertidor del tipo del

anteriormente descrito en la presente memoria descriptiva,

20: preferentemente módulos convertidores que comprenden cada uno

un filtro de admisión de agua marina, un cilindro hidráulico

que bombea el agua marina, una válvula de tres vías que

distribuye el agua según ciclo de trabajo entre el filtro de

admisión, el cilindro hidráulico y al menos un acumulador

25: hidráulico teniendo una válvula antirretorno conectada a la

salida de agua marina a presión de la válvula de tres vías

para evitar refluj os hacia el cilindro hidráulico, así como

de al menos de un acumulador de agua marina a presión citado

anteriormente, interconectado entre la válvula antirretorno de

3 O: la válvula de tres vías y el colector de agua a presión. En

este sistema, los conductos de salida de agua marina a presión de

los módulos convertidores están preferentemente conectadas en

paralelo a un colector conectado a su vez a un conducto de

transporte que transporte agua marina a presión hacia la estación remota. Preferentemente, los módulos convertidores se colocan alineados en el fondo marino, preferentemente sobre dispositivos de cimentación del tipo más arriba descrito.

En una realización preferida del sistema convertidor según la invención, éste comprende un sistema hidráulico comprendido por las entradas de agua marina, las válvulas de tres vías, los cilindros hidráulicos, las válvulas antirretorno, los acumuladores, y los conductos de salida de agua marina a presión de los módulos convertidores, así como por dicho colector, dicho conducto de transporte y dicho medio de admisión de la estación remota. En esta realización preferida, el sistema de control actúa sobre las válvulas de tres vías y sobre el medio de admisión de la estación, para así mantener un presión hidráulica optimizada en el sistema hidráulico, en función de señales indicativas del tamaño de cada ola y de la frecuencia de olas, detectados por medios de

medición: de olas, que puede ser implantados, por ejemplo, en

una: o varias boyas ancladas en la cercanía de los módulos

convertidores.: La potencia nominal del sistema convertidor

dependerá del número: de módulos utilizados.

La estación remota puede ser, según una realización preferida de la invención, una estación de generación de electricidad que comprende una turbina, como por ejemplo una turbina Pelton, propulsora de un generador de electricidad, como por ejemplo un generador síncrono, conectada al conducto de transporte de agua marina a presión. En este caso, el sistema de control preferentemente actúa, además de sobre las válvulas de tres vías, sobre el medio de admisión, que en este caso puede ser la aguja del inyector de la turbina, para así

mantener una presión hidráulica optimizada en el sistema hidráulico, en función de señales indicativas de la potencia generable según el tamaño de ola detectada por los medios de medición y una velocidad óptima de giro de la turbina con respecto a un par resistente del generador.

Según la invención, el sistema de control puede comprender un Controlador Lógico Programable ('PLC'), que a su vez preferentemente está supervisado por un Sistema Supervisor de Control y Adquisición de Datos ("Supervisory Control And Data Acquisition" Sistema Supervisor de Control y Adquisición de Datos 'SCADA' ) para variar consignas principales del funcionamiento del sistema y gestionar alarmas, y para monitorizar parámetros de sensores para mantener un funcionamiento estable y seguro.

Dado que las olas grandes tienen más energía que las pequeñas, para aprovechar el máximo de energía de cada ola, y dado que el volumen de bombeo de agua a presión de cada cilindro hidráulico es constante ya que depende de las características del cilindro hidráulico, el control ejercido por el PLC actúa sobre la presión hidráulica del sistema, para trabajar siempre bajo la resistencia óptima en el cilindro hidráulico. Cuando cada módulo comprende más de un acumulador de agua marina, como por ejemplo tres acumuladores, estos acumuladores de cada módulo convertidor están calibrados a diferentes presiones para que al menos uno de ellos trabaje siempre a la presión óptima del circuito. El PLC que controla el sistema, deberá calcular y obtener la presión óptima en tiempo real, según la señal referente a tamaño de la ola. La obtención de la presión óptima se consigue entonces actuando sobre la apertura del inyector de la turbina. El generador síncrono puede trabajar a velocidad

variable, y su carga es controlada por el PLC según la energía eléctrica generable que se estima según el tamaño de la ola momentánea y la velocidad óptima de la turbina, que también depende de la presión hidráulica del sistema.

En una realización del sistema de control, para variar la presión del sistema, el PLC actúa sobre la aguj a del inyector de la turbina propulsora del generador eléctrico. Dada que la presión hidráulica varía rápidamente, y se traslada a todos los puntos del sistema, entre estos puntos el PLC varía la presión en los acumuladores la cual corresponde a la contrapresión del cilindro hidráulico cuando bombea agua a presión por el conducto de salida. Para distribuir el agua según la posición de la ola, el PLC actúa sobre las respectivas válvulas de tres vías de cada uno de los módulos. Adicionalmente, el sistema de control del PLC también compensa el efecto de la marea ajustando la presión hidráulica óptima, ya que la marea afecta a la profundidad de diseño utilizada en los cálculos. Al mismo tiempo, mediante otro algoritmo, el PLC estima la potencia generada según el tamaño de ola detectada por la boya de medición y las condiciones de trabajo. Con la potencia estimada de la ola y la velocidad optima de giro de la turbina, que depende de la presión de trabaj o, el PLC calcula el par resistente del generador, magnitud que es la consigna del generador. Preferentemente, el sistema de control también corrige la carga del generador síncrono, de forma análoga a como se hace en la tecnología eólica. El objetivo de operar con este doble algoritmo es maximizar la generación de energía.

El PLC, además de la señal de los medios de medición, puede tener en cuenta las señales de otros sensores que le advierten que el sistema trabaja en las condiciones óptimas.

Entre tales otros sensores, un manómetro de presión del sistema, un transductor de posición del pistón del cilindro hidráulico, y un cuentarrevoluciones del grupo turbina-generador son los más importantes. Otros como un manómetro de vacío, sensores de presencia de agua, sensores de temperatura del generador, etc. sirven para garantizar la integridad y seguridad del sistema.

Adicionalmente, todos los parámetros del funcionamiento del sistema pueden estar monitorizados por el sistema SCADA, que puede estar implantado en un ordenador personal, y que permite variar las consignas principales de funcionamiento y gestionar las alarmas. Asimismo, el sistema SCADA monitoriza los parámetros de los diferentes sensores para mantener el funcionamiento estable y con la seguridad requerida, arrancando o parando el sistema según el tamaño mínimo de la ola o peligro para la integridad del sistema convertidor y de los módulos convertidores.

De lo anterior se desprende que el sistema de control determina la resistencia del convertidor actuando sobre la presión hidráulica del sistema, de manera que se maximiza la absorción de energía consiguiendo trabajar en resonancia con las olas. Los muelles y el control sobre la presión del agua amortiguan menos el sistema, consiguiendo que la reacción del convertidor se pueda variar en tiempo real.

Para implantar el sistema convertidor de la presente invención en un lugar concreto, hay que adaptar varios parámetros del convertidor a las condiciones de oleaj e del emplazamiento y de la potencia nominal deseada, definiendo la altura de ola mínima aprovechable. La potencia nominal deseada depende del número de módulos alineados. La presión

mínima de trabaj o está definida por la turbina o el motor hidráulico. Los componentes del circuito (filtro, válvula, antirretorno, ... ) y el conducto de transporte de agua a presión deben producir la mínima perdida de carga en el circuito.

Un generador síncrono es especialmente idóneo para el sistema convertidor, ya que es capaz de trabaj ar en modo aislado o conectado a red eléctrica. Por tanto este sistema es especialmente adecuado para suministrar una potencia eléctrica pequeña-media a comunidades aisladas o a fabricas situadas en la costa, o puede suministrar energía a puertos comerciales, o trabajar simplemente en red, siendo el único gasto el de la inversión inicial, mantenimiento, y en su momento, los gastos de desmantelamiento. La capacidad generadora del sistema se puede adaptar en cada momento aumentando el número de módulos dispuestos en paralelo.

Por otra parte, al estar los módulos convertidores sumergidos, el impacto ambiental de este sistema convertidor en la costa es mínimo: son visibles únicamente la estación remota (cuando ésta está situada en tierra firme) y, en su caso, la carretera de acceso a la misma. Los dispositivos de cimentación para los módulos convertidores se pueden retirar fácilmente. Los componentes principales del sistema son comerciales y accesibles en el mercado, de fácil construcción, de tecnología conocida y fiable, reduciéndose así el coste inicial y los gastos de mantenimiento. Así, un sistema convertidor de energía de las olas marinas adecuado para, por ejemplo, unas características de oleaje de olas de un tamaño mínimo de 2 metros y un periodo de 6 segundos, puede tener las siguientes especificaciones: Especificaciones generales del sistema:

-: Generador síncrono con alimentación simple, potencia nominal 135kW, rango de velocidad de giro 1000 -2000rpm

-: Turbina Pelton de un inyector, eje horizontal, velocidad nominal 1500rpm, diámetro del rotor 0,5m, rango de salto neto 220-320mca, rango caudal 0,04-0,07m3/s, eficiencia 0,89

-: Cuatro módulos situados 7m de profundidad y a 50-100m de la costa, área de cada tapa desplazable 4 x 5,5m, altura de módulo 2,5m, peso unitario del módulo 11tn aprox.

Especificaciones estructurales del módulo convertidor:

-: Cuerpo contenedor de hormigón armado esbelto cubierto con tela asfáltica, pintura fungicida, con compuerta de acero inoxidable, válvula de vacío, acoplamientos para el anclaje a las cimentaciones, inferior con forma troncocónica inversa soportes para manipulación con grúa, soporte de las guías fijas de las correderas deslizantes, asientos en el interior para los mecanismos de palanca, cilindro, válvula de tres vías y acumuladores.

-: Dos muelles tipo 'ondulado', de rigidez K 1000kN/m, diámetro 0,70m, altura 2,10m, acero inoxidable AISI 316, tornillo-soporte para ajuste de pre-carga

-: Tapa desplazable de sándwich de acero inoxidable y espuma PU, rematado en los costados con una chapa de acero inoxidable y una pletina continua En la pletina irá atornillada la junta de cierre flexible, lamina de PU continua, ambos extremos están soldados por calor

-: Celosía de aluminio debajo de la tapa desplazable

-: 4 guías fijas de las correderas deslizantes, lineales de bolas -4 mecanismos de palanca de aluminio -Bomba de purga

Especificaciones del sistema hidráulico:

-: Cilindro hidráulico de simple efecto diámetro 0,5m x carrera 0,55m de acero inoxidable, pistón y vástago huecos (aligerados), caudal máximo 0,033m3/s (T = 6s), caudal mínimo 0,022m3/s (T = 11s), diámetro admisión/expulsión 3"

-: Filtro de admisión de baja presión, nivel de filtración grado 10 (75pm), caudal requerido 0,04m3/s, partículas en suspensión en agua marina ¿ 20pm código 8 según ISO-11171:1999, diámetro de conexión 4"

-: Válvula de 3 vías, puertos de 3", una entrada (filtro de admisión) y dos salidas (el cilindro y los acumuladores), normalmente abierta, pilotado eléctricamente, bajo coeficiente de paso, construcción de acero inoxidable, juntas de NBR

-: Válvula antirretorno 4" tipo inserto poppet, caudal nominal 701/s, construcción de acero inoxidable, juntas de Buna-N

-: Acumuladores de vejiga, 4 por módulo, capacidad de 1501, puerto de 3", caudal máximo 371/s, posición vertical -Válvula de alivio o sobrepresión de 2 vías deslizante en el cartucho, normalmente cerrada, consigna de presión adaptable según presión de trabajo, pilotada por el PLC

-: Manguera o conducto de alta presión, tubo industrial de neopreno negro, reforzado por 4 espirales de acero y recubierto con HYPALON, longitudes disponibles 15 y 30m, acoplamientos según NAHAD Accesorios, acoplamientos y cambios de sección según norma aplicable, acero inoxidable

-: El colector que une los cuatro módulos, presión de 100bar, fabricado a medida, acero inoxidable

Sistema de control: -PLC (autómata programable) -Sistema SCADA, ordenador de mesa

-: Sensor de intrusión de agua

Manómetro de vacío, manómetro de presión del circuito -Boya de medición de la altura y periodo de las olas -Velocímetro del conjunto turbina-generador, tensión de la

línea eléctrica, potenciómetro

En una realización alternativa del sistema convertidor de la presente invención, la estación remota puede ser un módulo submarino que aloj a grupo turbina-generador, colecta los caudales de los diferentes módulos convertidores para generar energía eléctrica mediante el grupo turbina generador, y envía la energía eléctrica generada directamente a la costa por un cable submarino. Esta alternativa tiene la ventaja de poderse instalar a más distancia de la costa para así aprovechar las mejores condiciones de olas en alta mar. No obstante, tiene la desventaja de requerir una mayor inversión inicial por el coste del cable y mantenimiento menos accesible del grupo generador.

Según otra realización del sistema de la invención, la estación remota puede ser una instalación de desalinización de agua marina por osmosis inversa, en la que el agua marina a presión, una vez debidamente filtrada, se aplica en las membranas de osmosis inversa correspondientes.

De lo anterior se desprende que la presente invención permite superar los inconvenientes del estado de la técnica, mediante un sistema sencillo, técnicamente viable, compuesto en su gran mayoría de elementos basados en tecnologías conocidas y fiables, de gran eficiencia energética y con un impacto medioambiental minimizado.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

A continuación se describen aspectos y realizaciones de la invención sobre la base de unos dibujos, en los que

la figura 1 es una vista esquemática en perspectiva superior frontal de una realización de un módulo convertidor según una realización de la presente invención;

la figura 2 es una vista esquemática en perspectiva superior lateral del cuerpo contenedor que forma parte del módulo ilustrado en la figura 1 ;

la figura 3 es una vista esquemática en perspectiva superior lateral de la tapa desplazable que forma parte del módulo ilustrado en la figura 1;

la figura 4 es una vista esquemática en perspectiva inferior lateral de la tapa desplazable mostrada en la figura 3;

la figura 5 es una vista en perspectiva superior lateral

de: una realización del dispositivo de cimentación para el

módulo: convertidor ilustrado en la figura 1;

la: figura 6 es una vista, parcialmente seccionada, en

perspectiva superior lateral del módulo convertidor mostrado en la figura 1;

la figura 7 es una vista en perspectiva superior antero-lateral de una realización de una palanca de accionamiento incorporable en el módulo convertidor mostrado en la figura 1;

la figura 8 es una vista esquemática en sección vertical por la línea A-A', del módulo convertidor mostrado en la figura 6 en su posición al paso del valle de una ola;

la figura 9 es una vista esquemática en sección vertical por la línea A-A', del módulo convertidor mostrado en la figura 6 en su posición al paso de la cresta de una ola;

la figura 10 es una vista esquemática en planta superior de un sistema de cuatro mecanismos de palanca incorporable en el módulo convertidor mostrado en la figura 1;

la figura 11 es una vista esquemática lateral que muestra dos de los mecanismos de palanca mostrados en la figura 10, uno en su posición al paso del valle de una ola y otro en su posición al paso de la cresta de una ola;

la figura 12 es una vista esquemática de una realización de un sistema convertidor de energía de las olas; la figura 13 es otra vista esquemática de la realización del sistema convertidor mostrado en la figura 12;

la figura 14 es un diagrama de una realización del circuito hidráulico del sistema convertidor mostrado en la figura 13;

la figura 15 es un diagrama de una realización para implantar el algoritmo de control del sistema convertidor mostrado en la figura 13.

En estas figuras aparecen unas referencias numéricas que identifican los siguientes elementos:

M: Módulo convertidor

1: Conducto de entrada

la: Entrada para agua marina al cilindro

2: Conducto de salida

3: Muelle ondulado

3a: Soporte de asiento inferior del muelle

3b: Soporte de asiento del muelle

3c: Regulador de precarga del muelle

4: Válvula de tres vías

5: Cilindro hidráulico de simple efecto

5a: Vástago del cilindro hidráulico

5b: Pistón

5c: Cámara de trabajo

6A: Primer mecanismo de palanca

6B: Segundo mecanismo de palanca

6C Tercer mecanismo de palanca

6D Cuarto mecanismo de palanca

6 Palanca

6a Brazo de resistencia

6b Brazo de potencia

6c Extremo libre del brazo de resistencia

6d Extremo libre del brazo de potencia

6e Fulcro

6f Brazo de conexión

6g Miembro conector

7 Compuerta hermética

8 Cuerpo contenedor del convertidor

8a Cámara interna

8b Cajeado de anclaje

8c Orejeta

8d Viga de soporte para el muelle y guías fijas de las correderas deslizantes 8e Primera guía fija 8e' Segunda guía fija 8e' , Tercera guía fija 8e' , , Cuarta guía fija 9 Válvula de vacío 10 Dispositivo de cimentación lOa Entrante 10b Cuerpo de soporte lOe Barras de conexión 10d Pestillo de anclaje lOe Escotadura de paso 11 Tapa desplazable 11a Cerchado de refuerzo de la tapa desplazable 11b Faldón vertical 11c Pisador del muelle 12 Corredera deslizante

12A Primer mecanismo de corredera

12B Segundo mecanismo de corredera

12C Tercer mecanismo de corredera

12D Cuarto mecanismo de corredera

13 Acumulador

14 Junta flexible

15 Gancho de manipulación

16 Turbina propulsora

17 Generador de electricidad

18 Conducto de transporte de agua marina a presión

18a Válvula de sobrepresión

19 Estación de generación de electricidad

20a Valle de ola

20b Cresta de ola

21 Filtro de admisión de agua marina

22 Fondo marino

23 Boya de medición

24 Colector de agua marina a presión

25 Conducto de conexión entre la válvula de tres vías y el cilindro hidráulico

26 Válvula antirretorno

27 Controlador Lógico Programable ("PLC")

28 Aguja del inyector de la turbina

29 Sistema Supervisor de Control y Adquisición de

Datos ("SCADA" = Supervisory Control and Data Acquisition) 30 Red eléctrica

MODOS DE REALIZAR LA INVENCIÓN

De acuerdo con la realización del módulo -M-mostrada en

las figuras 1 a 6, este comprende un cuerpo contenedor -8cuya parte superior está cerrada herméticamente por una tapa

desplazable -11-Y una junta flexible -14-.-El cuerpo contenedor -8-descansa en un dispositivo de cimentación -10dispuesto sobre el fondo marino -22.

El cuerpo contenedor -8-es un cuerpo con una cavidad interna -8a-, una parte superior paralelepipédica y una parte inferior con una sección vertical troncocónica inversa. En uno de sus testeros, el cuerpo contenedor -8-presenta una compuerta hermética -7-que permite el acceso a la cámara interna -8a-para labores de mantenimiento cuando el módulo M-se encuentra en seco, y una válvula de vacío -9-a través de la que puede extraerse aire de la cámara interna -8a-. En las partes extremas de la pared frontal y de la pared trasera de la parte superior, están anclados sendos ganchos de manipulación -15-que permiten acoplar las eslingas que se emplean para izar, bajar y/o posicionar el cuerpo contenedor -8-o la totalidad del módulo -M-. En las respectivas paredes internas de los testeros del cuerpo contenedor -8-están dispuestas sendas dos orej etas -8c-en las que se articulan los extremos libres de los brazos de resistencia de sendas palancas, tal y como se describirá más adelante en la presente memoria descriptiva. El cuerpo contenedor -8-puede estar fabricado de cemento armado cubierto con una tela asfáltica y pintura fungicida autorizada.

De la parte frontal del cuerpo contenedor -8-emergen paralelamente un conducto de entrada -1-de agua marina provisto de un filtro de admisión -21-, y un conducto de salida -2-de agua marina a presión, conectados a un cilindro hidráulico -5-de simple efecto, en sí convencional, que está inmovilizado en el centro de la base inferior del cuerpo contenedor -8-y comprende un vástago -5a-conectado a un pistón -5b-que se desplaza verticalmente en una cámara de

trabajo -5c-. El conducto de salida -2está conectado además

a un acumulador -13de agua marina entrante cuya función se

explicará más adelante.

5: La cabeza del vástago -5a-del pistón -5-está articulada

a cuatro mecanismos de palanca -6A, 6B, 6C, 6Dcuya

disposición puede verse en la figura 10. Por motivos de

claridad, la figura 6 sólo muestra tres de los mecanismos de

palanca, a saber los mecanismos -6A ,6B, 6D-. Los mecanismos

10: de palanca -6A, 6B, 6C, 6Dse extienden diagonalmente hacía

el cilindro -5desde sendas esquinas del cuerpo contenedor

-6-, de manera que forman una disposición en cruz. Entre los

mecanismos de palanca -6By -6Cy entre los mecanismos de

palanca -6Ay -6Destán dispuestos, entre la tapa

15: desplazable -11-y la base inferior del cuerpo contenedor -8-,

sendos muelles -3-helicoidales de acero.

La tapa desplazable -11está reforzada en su cara

interior por un cerchado -lla-, por ejemplo de aluminio, y

2 O: comprende un faldón vertical -llbque abraza exteriormente

una franja vertical de la parte superior del cuerpo contenedor

-8-. En el cerchado -llaestán montadas sendas guías

deslizantes a bolas -12A, 12B-, 12C12Dpara cuatro

mecanismos de corredera que se describirán más adelante en la

25: presente memoria descriptiva. La tapa desplazable -11puede

tener una estructura de sándwich de acero inoxidable relleno

de espuma de PU. Sus esquinas pueden estar rematadas con una

chapa de acero inoxidable. Para asegurar la hermeticidad del

módulo convertidor -M-, el hueco entre la tapa desplazable

30: -11-Y el cuerpo contenedor está cerrado con una junta

flexible -14-, como por ej emplo una junta flexible continua

de PU soldada por calor en los extremos, y sellada con

tornillos por dos pletinas continuas de acero inoxidable.

Por otra parte, el dispositivo de cimentación -10-está compuesto de dos cuerpos de soporte -1 Ob-, unidos entre sí mediante barras de conexión -10c-. Cada uno de los cuerpos de soporte -10b-presenta en su lado interior dos entrantes -10aen cuyo interior están dispuestos sendos pestillos de anclaje -10d-susceptibles de enganchar con ganchos de acoplamiento

(no mostrados en las figuras) dispuestos en los caj eados de anclaje -8b-del cuerpo contenedor -8-cuando éste descansa en el dispositivo de cimentación -10-. El cuerpo de soporte -10bpresenta una escotadura de paso -10e-que deja espacio para el conducto de entrada -1-y el conducto de salida -2-que salen del cuerpo contenedor -8-. Las superficies interiores de cada cuerpo de soporte -10b-presentan rampas con inclinaciones complementarias a la configuración troncocónica inversa de la parte inferior del cuerpo contenedor -8-, lo cual hace más fácil la alineación durante la operación de acoplamiento del módulo -M-al dispositivo de cimentación.

La figura 7 muestra una realización de una palanca 6 que puede formar parte de los mecanismos de palanca presentes en el módulo -M-, que se ilustran en las figura 6 y 8-11. Esta palanca -6-comprende un brazo de resistencia -6a-articulable a una de las orejetas -8c-dispuestas en la pared interior del cuerpo contenedor -8-, un brazo de potencia -6b-con un extremo libre -6d-articulable al vástago -5a-del cilindro 5-a través de un miembro conector -6g-, así como un fulcro -6e-articulable en la tapa desplazable -11-a través de un brazo de conexión -6f-.

Una vez que la palanca -6-está montada como parte de uno de los mecanismos de palanca -6A, 6B, 6C, 6D-mostrados en las figuras 6 y 8-11, el extremo inferior del brazo de conexión

-: 6f-queda articulado en la palanca -6-Y mientras que su extremo superior queda articulado en uno de los mecanismos de corredera -12A, 12B, 12C, 12D-verticales, que comprenden cada uno un tope superior de fin de carrera y un tope inferior de fin de carrera inferior (no mostrados en las figuras), los cuales están solidariamente unidos al cerchado -lla-de la tapa desplazable -11-, Y desli zan respectivamente en una de las guías fij as -8e, 8e', 8e", 8e'" -previstas en las vigas de soporte -8d-empotradas en el cuerpo del convertidor -8-. De esta manera cuando la tapa desplazable -11-se desplaza hacia su posición inferior debido al peso de una cresta de ola -20b-que pasa por encima del módulo convertidor -M-, el extremo superior del brazo de conexión -6f-se desliza en el mecanismo de corredera -12A, 12B, 12C, 12D-hasta dicho tope superior de forma que el extremo libre -6d-del brazo de potencia -6b-empuja hacia abajo el vástago -5a-del cilindro -5-. A su vez, cuando la tapa desplazable -11-se desplaza hacia su posición superior debido al paso de un valle de ola -20a-, el extremo superior del brazo de conexión -6f-se desliza en el primer mecanismo de corredera -12A-hasta el mencionado tope inferior de manera que arrastra el extremo libre -6d-del brazo de potencia -6b-conectado a dicho vástago -5a-hacia arriba debido a la acción de los muelles -3-. Los muelles -3-están colocados entre los soportes de asiento -3a, 3b-, Y están precargados según la profundidad a la que estará colocado el módulo, entre la respectiva viga de soporte -8d-y el soporte de asiento inferior -3a-de cada muelle -3-, que está integrada en el cuerpo contenedor -8-del convertidor, lo que permite regular la precarga de cada muelle -3-desde el exterior del módulo mediante un regulador de precarga -3c-que permite ajustar la tensión del muelle -3-. Los muelles -3-son desplazados por la tapa desplazable -11-a través de un pisador -llc-solidariamente unido al cerchado

-lla-.

En la realización del módulo convertidor -M-mostrada en las figuras, éste comprende cuatro mecanismos de palanca -6A, 6B, 6C, 6D-con estructuras y funcionamientos iguales, respectivamente articulados en uno de los mecanismos de corredera -12A, 12B, 12C, 12D-que a su vez están dispuestos cada uno en una de las guías fij as -8e, 8e', 8e", 8e'" -. De esta manera, el brazo de potencia -6b-de cada mecanismo de palanca -6A, 6B, 6C, 6D-está articulado al vástago -5a-del

cilindro: hidráulico -5 mientras que el brazo de resistencia

-6a-de: cada uno de los mecanismos de palanca -6A, 6B, 6C, 6D

está: articulado en una de las orejetas -8c del cuerpo

contenedor -8-.

La estructura anteriormente descrita permite que, cuando una ola pasa por encima de la tapa desplazable -11-, el diferencial de columna de agua correspondiente empuje hacia abajo la tapa desplazable. Este movimiento vertical es multiplicado por los mecanismos de palanca -6A, 6B, 6C, 6Dque están unidas, a través del vástago -5a-, con el pistón -5b-del cilindro hidráulico -5-. El cilindro hidráulico -5bombea agua marina a presión por el conducto de salida -2-. La tapa desplazable -11-recupera su posición debido a la acción de los dos muelles -3-, a la vez que el cilindro hidráulico -5-se rellena de agua marina que ha entrado en el conducto de entrada -1-a través del filtro de admisión -21-. Para amortiguar el bombeo del cilindro hidráulico -5-frente a la variabilidad de las olas y conseguir un caudal constante de agua marina saliente del convertidor -M-, el o los acumuladores -13-almacenan parte del caudal del agua marina bombeada por el cilindro hidráulico -5-, liberándolo lentamente y amortiguando así los pulsos del cilindro

hidráulico -5-.

En la realización del sistema convertidor de energía de

las olas marinas esquemáticamente ilustrada en las figuras

5: 12-15, éste comprende cuatro módulos -Mdel tipo de los

anteriormente descritos, agrupados en dos unidades de dos

módulos -M-. Los respectivos conductos de salida -2de los

módulos -Mestán conectados un colector -24-. De esta forma,

el caudal total de agua marina a presión compuesto por los

10: caudales individuales de agua marina a presión bombeados por

los cuatro módulos convertidores, puede bombearse a través

del conducto de transporte -18de agua marina a presión a

una estación de generación de electricidad -19localizada en

tierra firme. La electricidad generada en la estación -19se

15: alimenta a la red eléctrica -30-.

Como puede apreciarse en la figura 14, el circuito

hidráulico correspondiente al sistema de la figura 13

comprende, en el conducto de salida -2de cada módulo

2 O: convertidor -M-, intercalada una válvula antirretorno -26

que evita refluj os hacia el cilindro hidráulico -5-. A su

vez, el cilindro hidráulico -5de cada módulo convertidor -

Mestá conectado mediante un conducto de conexión -25a una

válvula de tres vías -4que en función del ciclo de trabajo

25: del cilindro hidráulico -5-, por una parte, regula la entrada

de agua marina al cilindro hidráulico -5y, por otra, cierra

y abre la salida de agua a presión del cilindro hidráulico

-5a los acumuladores -13-.

30: A través del conducto de transporte -18el agua marina

a presión llega a la estación de generación de electricidad

-19en la que se encuentra una turbina Pelton -16que

propulsa un generador de electricidad -17-síncrono, ambos en

sí convencionales.

El sistema convertidor es controlado por un PLC (=Progammable Logic Controller Controlador Lógico Programable) en sí convencional, en el que se ha implantado un algoritmo de control del que la figura 15 muestra una realización, en la que ese algoritmo calcula la presión hidráulica optima en el sistema teniendo en cuenta la señal del tamaño de ola que obtiene a partir de señales transmitidas por una boya -23-anclada en la cercanía de los módulos -M-.

Para variar la presión del sistema, el PLC -27-actúa sobre la aguja del inyector -28-de la turbina -16-. Dada que la presión hidráulica varía rápidamente, y se traslada a todos los puntos del sistema, entre estos puntos el PLC -27varía la presión en los acumuladores -13-la cual corresponde a la contrapresión del cilindro hidráulico -5-cuando bombea agua a presión por el conducto de salida -2-. Para ello, el PLC actúa sobre las respectivas válvulas de tres vías -4-de cada uno de los cuatro módulos -M-. Adicionalmente, el sistema de control del PLC -27-también compensa el efecto de la marea ajustando la presión hidráulica óptima, ya que la marea afecta a la profundidad de diseño utilizada en los cálculos.

Al mismo tiempo, mediante otro algoritmo, el PLC -27estima la potencia generada según el tamaño de ola detectada por la boya de medición -23-y las condiciones de trabaj o. Para ello aprovecha la señal de la boya -23-para estimar la profundidad de trabajo real. Al mismo tiempo, mediante otro algoritmo, el PLC -27-estima la potencia generada según el tamaño de ola detectada por la boya de medición -23-y las

condiciones de trabajo (presión del sistema y caudal). Con la potencia estimada de la ola y la velocidad optima de giro de la turbina -16-(que depende de la presión de trabajo), el PLC calcula el par resistente del generador -17-, magnitud que es la consigna del generador -17-. El objetivo de operar con este doble algoritmo es maximizar la generación de energía.

El PLC, además de la señal de la boya de medición -23-, tiene en cuenta las señales de otros sensores (no mostrados en las figuras) que le advierten que el sistema trabaj a en las condiciones óptimas. Entre tales otros sensores, el de manómetro de presión del sistema, el transductor de posición del pistón, y el cuentarrevoluciones del grupo turbina-generador son los más importantes. otros como el manómetro de vacío, presencia de agua, temperatura del generador, etc. sirven para garantizar la integridad del sistema.

Adicionalmente, en la realización del sistema convertidor mostrada en la figura 15 todos los parámetros del funcionamiento del sistema son monitorizados por un sistema SCADA, ("Supervisory Control And Data Acquisition" Sistema Supervisor de Control y Adquisición de Datos) -28-que puede estar implantado en un ordenador personal, y que permite variar las consignas principales de funcionamiento y gestionar las alarmas. Asimismo, el sistema SCADA -28monitoriza los parámetros de los diferentes sensores para mantener el funcionamiento estable y con la seguridad requerida, arrancando o parando el sistema según el tamaño mínimo de la ola o peligro para la integridad del sistema convertidor y de los módulos convertidores -M-.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Módulo convertidor de energía de las olas marinas,

sumergible, que comprende un cuerpo contenedor (8) con una

5

cámara interna (8a), al menos un cilindro hidráulico (5)

accionado por un vástago (5a) para bombear agua marina

entrante por un conducto de entrada (1) a través de un

conducto de salida (2) de agua marina a presión a un circuito

hidráulico, un elemento móvil verticalmente desplazable entre

10

una posición superior y una posición inferior en respuesta a

cambios de peso entre valles (20a) y crestas (20b) de las olas

que pasan encima del módulo convertidor (M), cerrando el

elemento móvil superiormente la cámara interna (8a), medios

recuperadores de posición del elemento móvil elásticamente

15

comprimibles y conectados al elemento móvil, que se comprimen

cuando el elemento móvil se desplaza hacia su posición

inferior al paso de una cresta (20b) de ola y que se expanden

para que el elemento móvil vuelva a su posición superior al

paso de un valle (20a) de ola, y medios de accionamiento

2 O

conectados al vástago (5a) del cilindro hidráulico (5) Y al

elemento móvil, para trasladar los desplazamientos verticales

del elemento móvil al vástago (5a) del cilindro hidráulico

(5), caracterizado porque

el cilindro hidráulico (5), los medios recuperadores de

25

posición y los medios de accionamiento están alojados en dicha

cámara interna (8a),

el cilindro hidráulico (5) está montado en la base

inferior del cuerpo contenedor (8),

el elemento móvil es una tapa desplazable (11 )

30

verticalmente con respecto al cuerpo contenedor (8) y cierra

herméticamente la cámara interna del cuerpo contenedor (8);

los medios recuperadores de posición comprenden al menos

un muelle (3) dispuesto en vertical entre dicha tapa

desplazable (11) Y la base inferior del cuerpo contenedor (8),

y

la cámara interna (8a) se encuentra al vacío.
2.

Módulo convertidor de energía, según la reivindicación 1, caracterizado porquelos medios recuperadores de posición de la tapa desplazable (11) comprenden al menos un muelle (3) dispuesto en vertical entre un soporte de asiento inferior

(3a) integrado en el cuerpo contenedor (8) y la base inferior del cuerpo contenedor (8), siendo empujado por un pisador solidariamente unido a la tapa desplazable (11).
3.

Módulo convertidor de energía, según la reivindicación 1, caracterizado porque la cámara interna (8a) se encuentra a una presión interna inferior a 100Pa y preferentemente inferior a 25Pa.
4.

Módulo convertidor de energía, según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque los medios de accionamiento comprenden al menos un primer mecanismo de palanca (6A) que comprende una palanca (6) con un brazo de resistencia (6a) articulado al cuerpo contenedor (8), un brazo de potencia (6b) con un extremo libre (6d) articulado al vástago (5a) del cilindro (5) y un fulcro (6e) articulado en la tapa desplazable (11).
5.

Módulo convertidor de energía, según la reivindicación 4, caracterizado porque

el brazo de resistencia (6a) está articulado por su extremo libre (6c) a una pared interior del cuerpo contenedor

(8) ;

el fulcro (6e) está articulado en la tapa desplazable (3)

a través de un brazo de conexión (6f) con un extremo inferior articulado en la palanca (6) y un extremo superior articulado en un primer mecanismo de corredera (12A) vertical que comprende un tope superior de fin de carrera y un tope inferior de fin de carrera inferior y está dispuesto en una primera guía fija unida al cuerpo del contenedor (8), de tal forma que, cuando la tapa desplazable (11) se desplaza hacia dicha posición inferior, al mismo tiempo el extremo superior del brazo de conexión (6f) se desliza en el primer mecanismo de corredera (12A) en la guía fij a (8e) hasta dicho tope superior empujando entonces el extremo libre (6d) del brazo de potencia (6b) conectado al vástago (5a) del cilindro (5) hacia abaj o, mientras que, cuando la tapa desplazable se desplaza

hacia

su posición superior, el extremo superior del brazo de

conexión

(6f) se desliza en el primer mecanismo de corredera

(12A)

hasta dicho tope inferior arrastrando entonces el

extremo

libre (6d) del brazo de potencia (6b) conectado a

dicho vástago

(5a) hacia arriba.
6.

Módulo convertidor de energía, según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque el primer mecanismo de palanca (6A) está articulado al vástago (5a) del cilindro hidráulico (5) a través de un miembro conector (6g) articulado a dicho extremo libre (6d) del brazo de potencia (6b) y a dicho vástago (5a).
7.

Módulo convertidor de energía, según la reivindicación 5 ó 6, caracterizado porque

comprende además un segundo, un tercer y un cuarto mecanismo de palanca (6B, 6C, 6D) con estructuras y funcionamientos iguales que los del primer mecanismo de palanca (6A), y un segundo, un tercer y un cuarto mecanismo de corredera (12B, 12C, 12D) con estructuras y funcionamientos iguales que los del primer mecanismo de corredera y dispuestos

respectivamente en una segunda, una tercera y una cuarta guía fija (8e' , 8e' , , 8e' ') con estructuras iguales que la estructura de la primera guía fija (8e);

el brazo de potencia (6b) de cada mecanismo de palanca (6A, 6B, 6C, 6D) está articulado al vástago (5a) del cilindro hidráulico (5);

el brazo de resistencia (6a) de cada mecanismo de palanca (6A, 6B, 6C, 6D) está articulado en el cuerpo contenedor (8) en una ubicación distinta a la ubicación de los otros;

el fulcro (6e) de cada mecanismo de palanca (6A, 6B, 6C, 6D) está articulado en la tapa desplazable (11) en uno de los mecanismos de corredera (12A, 12B, 12C, 12D);

respectivamente dos mecanismos de corredera (12A-12C, 12B-12D) están dispuestos en posiciones diagonalmente opuestas de tal forma que respectivamente dos de los mecanismos de palanca (6A-6C; 6B-6D) se extienden axialmente a lo largo de sendas líneas diagonales que se cruzan en el vástago (5a) del cilindro hidráulico.
8 . Módulo convertidor de energía, según la reivindicación 7, caracterizado porque comprende dos muelles (3) empuj ados por sendos pisadores (llc) al paso de una ola, y dispuestos cada uno entre un soporte de asiento superior (3b) y la base inferior del cuerpo contenedor (8), estando dispuesto uno de los muelles (3) entre dicho segundo mecanismo de palanca (6B) y dicho tercer mecanismo de palanca (6C) y estando dispuesto el otro muelle (3) entre dicho cuarto mecanismo de palanca

(6D) y dicho primer mecanismo de palanca (6A).
9.

Módulo convertidor de energía, según una cualquiera de

las

reivindicaciones 4 a 8, caracterizado porque la palanca

(6)

de cada mecanismo de palanca (&A, 6B, 6C, 6D) es una

cercha.
10. Módulo convertidor de energía, según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque cada muelle

(3) es un muelle ondulado de acero inoxidable.
11.

Módulo convertidor de energía, según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el cilindro hidráulico (5) está conectado a una válvula de tres vías (4) para regular, en función del ciclo de trabaj o del cilindro hidráulico (5), la entrada de agua marina por el conducto de admisión (1) y la salida de agua marina a presión al conducto de salida (2).
12.

Módulo convertidor de energía, según la reivindicación 11, caracterizado porque comprende además al menos un acumulador (13) de agua marina a presión interconectado entre la válvula de tres vías (4) Y el conducto de salida (2) de agua marina a presión, y dispuesto en la cámara interna (8a) del módulo convertidor (M).
13.

Módulo convertidor de energía, según la reivindicación 12, caracterizado porque entre dicho al menos un acumulador

(13)

de agua marina a presión y dicha válvula de tres vías

(4)

está interconectada una válvula antirretorno (26) que evita reflujos hacia el cilindro hidráulico (5).
14. Sistema convertidor de energía de las olas marinas que comprende una pluralidad de módulos convertidores de energía sumergidos y dispuestos en el fondo marino, al menos una estación remota hidráulicamente conectada a los módulos convertidores para recibir, a través de un medio de admisión, agua a presión de los módulos convertidores, y un sistema de control, caracterizado porque cada módulo (M) es un módulo (M)

como el que se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
15.

Sistema convertidor, según la reivindicación 14, caracterizado porque los conductos de salida (2) de agua marina a presión de los módulos convertidores (M) están conectadas en serie a un colector (24) conectado a su vez a un conducto de transporte (18) que transporte agua marina a presión hacia la estación remota (19).
16.

Sistema convertidor, según la reivindicación 14 ó 15, caracterizado porque cada módulo convertidor (M) comprende

una válvula antirretorno (26) situada en la salida de agua marina a presión de la válvula de tres vías (4) para evitar reflujos hacia el cilindro hidráulico (5);

una válvula de tres vías (4) que conecta el cilindro hidráulico por un conducto de conexión (25) con el conducto de admisión (1) y el conducto de salida (2), pasando por la válvula antirretorno (26) para regular, en función del ciclo de trabaj o del cilindro hidráulico (5), la entrada de agua marina al cilindro hidráulico (5) y la salida de agua marina a presión;

al menos un acumulador (13) de agua marina a presión conectado al conducto de salida (2) después de la válvula de tres vías (4) y después de la válvula antirretorno (26).
17. Sistema convertidor, según la reivindicación 16, caracterizado porque

comprende un sistema hidráulico comprendido por los

conductos

de entrada (1) de agua marina, los cilindros

hidráulicos

(5) , las válvulas antirretorno (26) , los

acumuladores

(13) , las válvulas de tres vías (4) y los

conductos

de salida (2) de agua marina a presión de los

módulos convertidores (M), así como por dicho colector (24), dicho conducto de transporte (18) y dicho medio de admisión

(28) de la estación remota (19);

el sistema de control actúa sobre las válvulas de tres vías (4) y dicho medio de admisión (28) para mantener una presión hidráulica optimizada en el sistema hidráulico, en función de señales indicativas del tamaño de cada ola y de la frecuencia de olas detectados por medios de medición de olas

(23) .
18.

Sistema convertidor, según la reivindicación 17, caracterizado porque la estación remota (19) comprende una turbina (16) propulsora de un generador (17) de electricidad, conectado a dicho conducto de transporte (18)
19.

Sistema convertidor, la reivindicación 18, caracterizado porque el generador (17) es un generador síncrono.
20.

Sistema convertidor, según la reivindicación 18 ó 19, caracterizado porque la turbina (16) es una turbina Pelton.
21.

Sistema convertidor, según una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 2 O, caracterizado porque el medio de admisión (28) es una aguja de un inyector de la turbina (16)
22.

Sistema convertidor, según una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 21, caracterizado porque el sistema de control además actúa sobre las válvulas de tres vías (4) Y dicho medio de admisión (28 ) para mantener un presión hidráulica optimizada en el sistema hidráulico, en función de señales indicativas de la potencia generada según el tamaño de la ola detectada por los medios de medición (23) Y una velocidad optima de giro de la turbina (16) con respecto a un

par resistente del generador (17).
23.

Sistema convertidor, según una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17, caracterizado porque la estación remota (19) está situada en tierra firme.
24.

Sistema convertidor, según una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17, caracterizado porque la estación remota (19) es un módulo submarino en el que están dispuestos dicha turbina (16) Y dicho generador de electricidad (17), que colecta caudales de agua marina a presión salientes de los módulos convertidores (M), Y envía energía eléctrica generada por el generador (17) a tierra firme por un cable submarino
25.

Sistema convertidor, según una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 17, caracterizado porque la estación remota (19) es una instalación de desalinización por osmosis inversa.
26.

Sistema convertidor, según una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 25, caracterizado porque el sistema de control comprende un Controlador Lógico Programable (27).
27.

Sistema convertidor, según la reivindicación 26, caracterizado porque comprende además un Sistema Supervisor de Control y Adquisición de Datos (29) para variar consignas principales de funcionamiento y gestionar alarmas, y para monitorizar parámetros de sensores para mantener un funcionamiento estable y seguro.

~M

.JI.----

11 b

~---15

1 21

FIG. 1

3c

8e'

15 15

8b

8b

FIG.2

11 b

11 e 12A 1b FIG.4

10a FIG.5

M~

15 -----lAJ)

2 1 3 4 5c 5b 5a 1Oc 7 8

6c FIG.6

6d

6g

FIG.7

11 b 3b 11 e 12A 6a 11 a 6g 6b 128 11 e 11 3b 11 b

6e 6e

3 8

3a 3e 5a 5 5e 5b 8a 3a 10e

FIG.8

11 b 11c 11 6f 3b 12A 6a 11a 6b 128 11 e 3b 11 b

3 8

3c 3a 5 5c 5a 8a 3a 10c 3c

FIG.9

6e 12A B 6b 6A 6b 68 128 Be

6e 120 6b 60 5 6C 6b 12C

FIG. 10

M

FIG. 12

•

-

C\J

'---C\J

ex> I

~~

ro

ex>

~

~

,.....

•

-C!J

u.

o

----

,

C')

I I I I I I I I I I I

_J

LO

,....

C!J•

-

u.

C')

C\I