ES2461440A1

ES2461440A1 - Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal

Info

Publication number: ES2461440A1
Application number: ES201430182A
Authority: ES
Inventors: Amable López Piñeiro; Luis Ramón NÚÑEZ RIVAS; José Andrés SOMOLINOS SÁNCHEZ
Original assignee: Universidad Politecnica de Madrid
Current assignee: Universidad Politecnica de Madrid
Priority date: 2014-02-11
Filing date: 2014-02-11
Publication date: 2014-05-19
Anticipated expiration: 2034-02-11
Also published as: WO2015121517A1; GB2540274A; GB2540274B; GB201611676D0; ES2461440B2

Abstract

Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal que comprende un conjunto de unidades generadoras (1) extraíbles y unidades de empuje o flotadores (2), soportados por una estructura principal con forma de polígono, complementados por una estructura de estabilización con celosías (20, 21) o tirantes (22), en cuyo centro puede situarse un domo central 7. El dispositivo está sujeto al fondo por medio de cables de fondeo (10), cuya longitud es regulable por medio de chigres (9). Las unidades de empuje (2) disponen de tanques de lastrado, que al ser llenados o vaciados, cambian el empuje y la orientación del dispositivo. Gracias a la acción combinada de lastres y chigres, cuando cambia la marea el dispositivo gira y se orienta de forma autónoma, trabajando siempre los rotores con la orientación y profundidad óptima en función de la corriente.

Description

Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal

5 Campo de la invención La presente invención se engloba dentro del campo de las energías renovables marinas, y más concretamente se refiere a un dispositivo de segunda generación, para el aprovechamiento de la energía de las corrientes marinas, tanto inerciales como mareales.

10 Antecedentes de la invención En la actualidad, existe un marcado interés en el aprovechamiento de las energías renovables marinas. Entre ellas, el aprovechamiento de la energía de las corrientes producidas por la circulación general del agua de los océanos y por las mareas, puede contribuir de forma significativa al “mix energético” y ayudar a cumplir los objetivos

15 energéticos ligados al cambio climático. A nivel mundial, se estima que la energía extraíble de las corrientes marinas es del orden de 800 TWh/año.

En la actualidad existen múltiples diseños y prototipos de generadores para obtener energía de las corrientes. De modo global se consideran como de primera generación los apoyados

20 en el fondo marino (limitados a profundidades de unos 40 m), de segunda generación (ideales para profundidades mayores, que es dónde se encuentran las mejores localizaciones) los flotantes o sumergidos que se unen al fondo a través de un sistema de fondeo específico y de tercera generación, los diseñados para campos marginales en los que la velocidad de la corriente es muy baja.

25 Entre los dispositivos de segunda generación hay diseños con un solo generador y rotor, o con varios, destacándose los desarrollos de Oceanflow (Evopod), Hydratidal (Morild), Tidalstream (Triton) y Soermar-UPM (GESMEY). Un elemento clave de estos dispositivos son las unidades generadoras, compuestas por un rotor y el conjunto electromecánico de

30 conversión de energía (PTO) que, cuando son de potencia reducida (entre 30 y 300 kW), pueden ser utilizados como unidades modulares, lo que permite su mantenimiento por sustitución. Entre los desarrollos de estas unidades, destacan las de las compañías Tocardo, Schotell y Verdant Power.

35 Dentro de las patentes relacionadas con los dispositivos de segunda generación, se pueden destacar las tres obtenidas por el grupo de I+D GITERM de la UPM, que presenta esta nueva patente: ES 2284411 B2, ES 2341311 B2 y ES 2367616 B2, con distintas variantes de un dispositivo mono-generador y, por otro lado, las de dispositivos flotantes o sumergidos multi-rotor como las GB2471874A, GB2450962A, WO2012175955A1 y WO2013066897A2.

5 En estas últimas, los generadores están soportados por estructuras que hacen complicado el proceso de mantenimiento a flote, dado que no están diseñadas para amortiguar los movimientos inducidos por el oleaje y presentan problemas para el funcionamiento con corrientes que cambian de sentido como las producidas por las mareas.

10 Por todo ello, se ha detectado el interés de diseñar un dispositivo de segunda generación de tipo multi-rotor que: optimice el peso de la estructura, se adapte al sentido de las corrientes y facilite las operaciones de traslado y mantenimiento, reduciendo todo lo posible sus costes de capital, operación y mantenimiento, a lo largo de su ciclo de vida.

15 Este objetivo se consigue por medio de la invención tal y como está definida en la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se definen realizaciones preferidas de la invención.

Descripción de la invención

20 La presente invención se refiere a un dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal que comprende una pluralidad de unidades generadoras modulares extraíbles y una pluralidad de unidades de empuje o flotadores en número similar al de las unidades generadoras.

25 El dispositivo objeto de la invención tiene la particularidad de que las unidades generadoras y las unidades de empuje se sitúan según una disposición poligonal, en los lados y/o vértices de dicha disposición poligonal, estando alternadas entre sí cada unidad generadora con cada unidad de empuje para disminuir los esfuerzos en las estructuras. Adicionalmente, el dispositivo se caracteriza porque se disponen para la conexión de las unidades

30 generadoras y las unidades de empuje primeros elementos de conexión principales y elementos de conexión complementarios y para la conexión de al menos las unidades de empuje con el centro del polígono, segundos elementos de conexión principales, todos ellos configurados para dotar de rigidez a la estructura poligonal resultante, de forma que el dispositivo podrá trabajar sumergido en posición vertical para obtener energía o flotar en la

35 superficie del agua para su traslado y para la realización de operaciones de mantenimiento a flote. Por tanto, el dispositivo trabaja, normalmente, totalmente sumergido en operación y puede flotar durante las operaciones de mantenimiento y transporte.

De esta manera, al estar las unidades generadoras y las unidades de empuje soportadas

5 por estructuras simples, se consigue facilitar el proceso se mantenimiento a flote, dado que dichas estructuras simples han sido diseñadas para ayudar a amortiguar los movimientos inducidos por el oleaje en las citadas unidades y funcionan de forma correcta aun cuando se producen los cambios de corriente que cambian de sentido como los producidos por las mareas. Por consiguiente, el dispositivo es apto para el aprovechamiento de la energía de

10 las corrientes marinas de cualquier tipo, en zonas de media y alta profundidad.

Por consiguiente, el conjunto (unidades y elementos de conexión) de esta invención está diseñado para reducir los costes del ciclo de vida de un parque de generadores marinos, facilitando la fabricación en serie de elementos de peso y tamaño razonables, su transporte

15 y montaje, permitiendo el uso de medios de transporte y mantenimiento marítimos de coste reducido y aumentando la disponibilidad y factor de utilización del conjunto.

En un primer aspecto de la invención, las unidades de empuje se podrán disponer en los vértices del polígono y las unidades generadoras se dispondrán de forma equidistante entre

20 dos unidades de empuje consecutivas en el punto medio del lado correspondiente del polígono. Del mismo modo, y de forma alternativa, las unidades generadoras se podrán disponer en los vértices del polígono y las unidades de empuje se dispondrán de forma equidistante entre dos unidades generadoras consecutivas en el punto medio del lado correspondiente del polígono. Ambas disposiciones son válidas para el objeto de la presente

25 invención.

En otro aspecto de la invención, se podrá disponer un domo central, situado en el centro geométrico del polígono, el cual estará conectado a las unidades de empuje y/o a las unidades generadoras por medio de los segundos elementos de conexión principales, 30 disponiéndose en el interior del domo central equipos complementarios, entre los cuales se incluyen de forma preferente, los equipos de control de fondeo, lastrado, convertidores electrónicos, aparamenta y sistemas diversos. Adicionalmente, en el domo central y/o en algunas de las unidades de empuje y/o unidades generadoras situadas en distintos puntos del polígono, se podrán disponer correspondientes chigres, cuyos cables de fondeo fijan el 35 dispositivo al fondo marino. La función principal de los citados cables de fondeo y chigres no

es más que la de poder variar a voluntad la profundidad de inmersión del conjunto estructural del dispositivo en colaboración con las unidades de empuje.

En otro aspecto de la invención, se podrá hacer, de forma alternativa, que cada una de las

5 unidades generadoras se conecte con respectivos cables de longitud fija a una boya sumergida giratoria, que a su vez esté fijada al fondo marino con un sistema de fondeo, adaptándose dicha boya sumergida giratoria de forma automática a la dirección de la corriente. Es decir, la boya giratoria es la que realiza el giro del conjunto estructural del dispositivo en el eventual caso de que sea necesario dicho giro, o bien por labores de

10 mantenimiento o transporte, o por cambios en el sentido de la corriente de agua. En principio, como boya puede utilizarse la de la patente ES 2367616 B2, del mismo solicitante.

En lo referente a las unidades generadoras, cada una de ellas podrá disponer de un rotor con varias palas y de un cuerpo estanco que incluye los elementos de conversión de

15 energía hidrocinética en mecánica. Además, cada una de dichas unidades generadoras son unidades extraíbles situadas en la periferia de la estructura poligonal del dispositivo, y están configuradas para efectuar su mantenimiento a flote o ser sustituidas por otras mediante una grúa asociada a una embarcación.

20 Por tanto cada unidad generadora es modular y extraíble y se denominarán de forma genérica UGEX. Cada unidad generadora, además, está compuesta internamente por un tren electro-mecánico de potencia, incluyendo el generador eléctrico rotativo, y cada unidad está conectada al dispositivo por medio de un cable umbilical con un conector que permite su conexión y desconexión a flote.

25 Por su parte, cada unidad de empuje o flotador incorpora tanques de lastre configurados para variar su nivel de flotación y el del dispositivo, incorporando algunas de dichas unidades de empuje equipos complementarios. De forma más concreta, cada unidad de empuje dispone de cuerpos de entrada y salida currentiformes, en cuyo interior van

30 dispuestos una serie de tanques de lastre, que al llenarse o vaciarse con agua, permiten controlar las fuerzas hidrostáticas y, en consecuencia, regular la posición y orientación del dispositivo, tanto sumergido como flotando. En lo que se refiere a los equipos complementarios, pueden incluirse los convertidores electrónicos, los equipos de control del lastrado y de los chigres de fondeo. La sección y separación de las unidades de empuje o

35 flotadores tiene una influencia positiva en el comportamiento en la mar del dispositivo cuando está flotando, durante las labores de transporte, instalación y, sobre todo, durante el mantenimiento. Las unidades de empuje tienen posibilidad de giro según un eje horizontal, estando configuradas para que, cuando cambia el sentido de la corriente, como consecuencia del ciclo de marea, dichas unidades de empuje puedan girar sobre el eje

5 horizontal gracias a la acción sobre los tanques de lastre, manteniendo la profundidad deseada con la ayuda del sistema de fondeo. Cuando las unidades de empuje están en posición horizontal, vaciando lastes y largando cables de fondeo, permiten al dispositivo salir a la superficie para efectuar labores de mantenimiento y traslado.

10 En otro aspecto de la invención, el dispositivo podrá contar con un sistema de control de lastre de agua de cada una de las unidades de empuje y/o del domo central y de un sistema de control de fondeo, compuesto por chigres y cables de fondeo, cuya operación conjunta permite controlar la profundidad y orientación del dispositivo, optimizando la energía extraída y/o reduciendo los esfuerzos de fatiga. Concretamente, este sistema de fondeo compuesto

15 por los chigres y los cables de fondeo, el cual puede emplearse tanto en el domo central como en alguna de las unidades de empuje o flotadores, permite regular la longitud de los cables fondeo que unen el dispositivo al fondo, por medio de los citados chigres, los cuales son sumergibles, con lo que el dispositivo puede operar a distintas profundidades, aprovechando la velocidad óptima de la corriente, cambiar de altura, durante el giro

20 necesario en el cambio de sentido de la corriente dentro de cada ciclo de marea, salir a la superficie y sumergirse, durante las operaciones de instalación, mantenimiento a flote y desmontaje. Por su parte el sistema de control de lastres, mediante el control del volumen total y posición del domo y/o las unidades de empuje, permite que el dispositivo se pueda mantener con su plano principal vertical en operación, contrarrestando los pares producidos

25 por los rotores y los de resistencia hidrodinámica, que pueda girar a una posición horizontal

o invertida, con el cambio de marea y que pueda permanecer en horizontal, con estabilidad y respuesta de movimientos ante las olas, siendo adaptable su profundidad, en la superficie durante el mantenimiento o transporte.

30 En otro aspecto de la invención, la pluralidad de unidades generadoras y unidades de empuje se podrán disponer según un polígono regular donde las unidades de empuje se sitúan en los vértices del polígono estando conectadas entre sí por primeras estructuras en celosía que actúan como primeros elementos de conexión principales y las unidades generadoras se sitúan en los puntos medios de dichas primeras estructuras en celosía que

35 conforman el polígono. El empleo preferente de estructuras de tipo celosía servirá para reducir la resistencia hidrodinámica durante el transporte y facilitar la construcción y montaje. Adicionalmente se podrá disponer, en el centro de dicho polígono, el domo central, conectado a las unidades de empuje mediante segundas estructuras en celosía que actúan como segundos elementos de conexión principales, disponiéndose además unos tirantes

5 que conectan entre sí a las segundas estructuras en celosía y que actúan como elementos de conexión complementarios. Estas segundas estructuras en celosía y los mencionados tirantes tienen la misión principal de rigidizar la estructura del dispositivo.

En otro aspecto de la invención, y de forma alternativa, todas las unidades de empuje se

10 podrán conectar a un punto central mediante primeros tirantes que actúan como segundos elementos de conexión principales y en donde las unidades generadoras contiguas se conectan entre sí a través de parejas de segundos tirantes que actúan como elementos de conexión complementarios. Es decir, en este caso, se ha prescindido del domo central y se emplean tirantes sustituyendo a las segundas estructuras en celosía. El conjunto de los

15 citados tirantes proporcionan estabilidad ante deformaciones del anillo formado por los lados del polígono y, no es preciso el acceso a la zona central, con lo cual se pueden emplear rotores de tres palas en las unidades generadoras. De esta forma, se consigue que la estructura en este caso sea algo más flexible y se pueda adaptar el movimiento de las unidades tanto generadores como de empuje a corrientes de gran intensidad sin que se

20 produzcan desperfectos en el dispositivo.

En otro aspecto de la invención, y de forma ventajosa, el polígono regular utilizado en el dispositivo podrá ser un hexágono, no siendo esta forma concreta en ningún caso limitativa. Otra disposición posible podrá consistir en que la pluralidad de unidades generadoras y de 25 unidades de empuje se sitúen según disposiciones poligonales rectangulares subdivididas en al menos un par de espacios cuadrados, en donde las unidades de empuje se sitúen en los vértices de los cuadrados, estando conectadas entre sí por primeras estructuras en celosía que actúan como primer elemento de conexión principal y las unidades generadoras se sitúen en los puntos medios de dichas primeras estructuras en celosía que conforman el 30 polígono, disponiéndose, únicamente, en los lados exteriores del perímetro del dispositivo, segundas estructuras en celosía que actúan como segundos elementos de conexión principales, entre alguna de las unidades generadoras y de las mismas con un soporte central. Esta disposición alternativa puede ser igual de eficaz que cualquier otra distribución poligonal regular en lo que se refiere a la facilidad del manejo en las operaciones de

35 funcionamiento, mantenimiento y transporte del conjunto estructural del dispositivo.

La utilización de los módulos laterales básicos (unidad generadora UGEX, unidad de empuje

o flotador y conjunto de estructuras en celosía y tirantes) permite una gran libertad de

configuraciones que facilitan la adaptación del diseño a las condiciones de cada localización. 5 Esta concepción modular facilita también los procesos de construcción, transporte y montaje

Breve descripción de los dibujos A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de

10 dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.

La figura 1 representa una vista en perspectiva del dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal objeto de la presente invención, para un primer modo de realización de la invención en el que el dispositivo tiene una forma

15 hexagonal y dispone de un domo central.

La figura 2 representa una vista esquemática de la configuración preferente de uno de los lados del polígono de la figura 1, en los que se dispone una estructura en celosía, en cuyo centro se dispone una de las unidades generadoras.

20 La figura 3 representa una vista en alzado del dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal objeto de la presente invención de las figuras 1 y 2, en un plano perpendicular a la dirección de la corriente, para el caso de unidades generadoras con rotores de dos palas.

25 La figura 4 representa una vista en perspectiva del dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal objeto de la presente invención, para un segundo modo de realización de la invención, en el que las no se dispone el domo central, en el que dos unidades de empuje centrales llevarán en su interior los equipos de

30 conversión y control, incluyendo los chigres de fondeo, quedando como tanques de lastre las dos unidades de empuje superiores mas las dos inferiores, en el que para la conexión de las unidades generadoras y/o las unidades de empuje con el centro del dispositivo se emplean tirantes en lugar de estructuras en celosía y en el que las unidades generadoras disponen de rotores de tres palas.

35 La figura 5 representa una vista en perspectiva del dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal objeto de la presente invención, para un tercer modo de realización de la invención en el que se emplea como medio de fondeo una boya auxiliar, en la que no son necesarios los chigres en el interior de las

5 unidades de empuje, y en la que los cables de fondeo, de longitud fija, se enganchan en los soportes de las unidades generadoras, en lugar de en las unidades de empuje.

La figura 6 representa una vista perspectiva del dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal, objeto de la presente invención, para

10 un cuarto modo de realización de la invención en el que el polígono base es un rectángulo subdividido para determinar dos espacios cuadrados para formar una estructura más compleja, y en la que en los lados interiores no se han dispuesto unidades generadoras y se ha utilizado un número mayor de cables de fondeo.

15 La figura 7 representa una vista en planta de la solución de fondeo, para el dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal de las figuras 1 a 3, con dos cables de fondeo, cada uno manejado por un chigre independiente.

La figura 8 representa una vista en alzado de la maniobra de cambio de orientación del

20 dispositivo de la figura 7, incluyendo las distintas posiciones que adopta el dispositivo cuando cambia el sentido de la corriente.

La figura 9A representa una vista en planta de una operación de mantenimiento de una unidad generadora que forma parte del dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes

25 marinas multi-rotor con estructura poligonal objeto de la presente invención, donde dicha operación de mantenimiento consiste en el cambio de una unidad por otra, con una grúa, montada sobre una embarcación.

La figura 9B representa una vista en alzado de lo representado en la figura 9A.

30 La figura 10A representa una vista en planta de una operación de mantenimiento mayor de los equipos del domo central, que forma parte del dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal objeto de la presente invención, donde para dicha operación de mantenimiento es preciso utilizar la grúa, desmontando para

35 ello una de las unidades generadoras y hundiendo parcialmente el dispositivo, con lo que

una embarcación tipo catamarán puede pasar por encima de este lado.

La figura 10B representa una vista en alzado de lo representado en la figura 10A.

5 La figura 11 es una vista esquemática de los componentes de una de las unidades generadoras que forman parte del el dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal objeto de la presente invención.

La figura 12 es una vista esquemática de los componentes de una de las unidades de 10 empuje o flotadores que forman parte del el dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal objeto de la presente invención.

En las figuras anteriormente citadas se identifican una serie de referencias que corresponden a los elementos indicados a continuación, sin que ello suponga carácter 15 limitativo alguno:

1.: unidades generadoras

2.: unidades de empuje

3.: lados del polígono que define la disposición del dispositivo

: 20 4. vértices del polígono que define la disposición del dispositivo

5.: primeros elementos de conexión principales

6.: elementos de conexión complementarios

7.: domo central

8.: segundos elementos de conexión principales

: 25 9. chigres

10.: cables de fondeo

11.: cables de conexión a boya sumergida giratoria

12.: boya sumergida giratoria

30 14. rotor de cada una de las unidades generadoras

15.: palas del rotor de cada una de las unidades generadoras

16.: cuerpo estanco de cada una de las unidades generadoras

17.: elementos de conversión de energía de cada una de las unidades generadoras

18. tanques de lastre de cada una de las unidades de empuje 35 19. equipos complementarios y auxiliares incluidos en el interior de una de las unidades de empuje

20.: primeras estructuras en celosía

21.: segundas estructuras en celosía

22.: tirantes

5 23. primeros tirantes

24.: segundos tirantes

25.: espacios cuadrados

26.: soporte central

27.: operación con corriente hacia la derecha 10 28. posición horizontal sumergida

29.: operación con corriente hacia la izquierda

30.: embarcación

31.: grúa

32.: vaina soporte de las unidades generadoras en las estructuras en celosía 15 33. elementos de anclaje al fondo marino para los cables de fondeo

34.: núcleo rotor de las unidades generadoras

35.: bocina estanca de las unidades generadoras

36.: eje principal de las unidades generadoras

37.: multiplicadora de las unidades generadoras 20 38. chumacera de empuje de las unidades generadoras

39.: generador de las unidades generadoras

40.: freno eléctrico de las unidades generadoras

41.: primera cámara estanca de las unidades de empuje

42.: escotilla de acceso de las unidades de empuje 25 43. segunda cámara estanca de las unidades de empuje.

Descripción detallada de la invención El dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal, objeto de la presente invención, tal y como se puede apreciar, por ejemplo, en las

30 figuras 1 y 2, está compuesto por un conjunto de unidades generadoras 1 modulares y extraíbles (UGEX) y un conjunto de unidades de empuje 2 o flotadores, cuasicurrentiformes, conectadas mediante estructuras, preferentemente de tipo celosía 20, 21 y por tirantes 22. Como se aprecia en la figura 11, cada una de las UGEX tiene un cuerpo estanco 16 de forma cuasi cilíndrica con los elementos de conversión 17 eléctricos y

35 mecánicos en su interior y un rotor 14 en su exterior, preferiblemente de 2 o 3 palas 15, de

paso fijo y se sujeta a la estructura a través de un soporte cilíndrico o vaina 32 en cuyo interior se dispone el sistema de conexión eléctrica y de señales entre la UGEX y el dispositivo (no representado en las figuras). Más concretamente, y tal y como se aprecia en la figura 11, los elementos de conversión 17 están a su vez formados por un núcleo rotor 34 5 del cual parten las palas 15 (no representadas), de una bocina estanca 35 acoplada a un eje principal 36 al igual que el núcleo rotor 34, estando además insertada en el citado eje principal 36 una multiplicadora 37 y una chumacera de empuje 38, la cual esta relacionada con un generador 39 el cual dispone de un freno eléctrico 40. Todos los elementos de conversión 17 citados están contenidos en el cuerpo estanco 16, evitando que entre agua al

10 interior del misma para no dañar a los elementos de conversión 17.

En la figura 12 se puede apreciar como las unidades de empuje 2 o flotadores están divididos en su interior en una serie de tanques 18 de lastre que al ser lastrados con agua, en mayor o menor medida, permiten regular el empuje y par hidrostático del conjunto, y de 15 esta forma, controlar su profundidad y orientación. En el interior de las unidades de empuje 2 o flotadores, también es posible disponer una primera cámara estanca 41 en las que se coloquen distintos equipos complementarios y auxiliares 19, como por ejemplo, convertidores electrónicos, bombas, compresores, aparamenta eléctrica, sistemas de instrumentación y control, etc. En la parte superior de las unidades de empuje 2 se dispone

20 una escotilla de acceso 42 a los citados equipos complementarios y auxiliares 19. En la parte inferior de la unidad de empuje se dispone una segunda cámara estanca 43 en cuyo interior se encuentre dispuesto el chigre 9 en el cual está enrollado el correspondiente cable de fondeo 10.

25 Este conjunto de unidades generadoras 1 y de empuje 2 se pueden disponer según distintas distribuciones, pudiéndose situar dichas unidades en los lados 3 de un polígono o en los vértices 4 del mismo.

Tal y como se observa en las figuras 1 y 3 en las cuales se ha representado un primer modo

30 de realización de la invención, la estructura representada consiste en un polígono regular, concretamente un hexágono, en cuyos vértices 4 se disponen las unidades de empuje 2 que se conectan entre sí mediante primeras estructuras en celosía 20, en cuyo punto medio se disponen las unidades generadoras 1, estando las unidades de empuje 2 a su vez conectadas a un domo central 7, dispuesto en el centro geométrico del hexágono, a través

35 de segundas estructuras en celosía 21, completándose la estructura con tirantes 22 que se

encargan de conectar entre sí, por su punto medio a las segundas estructuras en celosía 21 y por tanto describen una forma hexagonal, rigidizando de forma considerable el conjunto estructural del dispositivo. El domo central 7 está conectado a sendos cables de fondeo 10 unidos al fondo marino que mediante correspondientes chigres 9 colocados en el interior del 5 extremo esférico del domo (no visibles en la figura), que pueden regular la profundidad del conjunto. Por su porte en la figura 2 se ha representado uno de los lados 3 del polígono que conforma el conjunto estructural del dispositivo, en los dos extremos se disponen las unidades de empuje 2 o flotadores unidas por una de las primeras estructuras en celosía 20 y en cuyo punto medio se dispone una unidad generadora 1 conectada a la citada primera

10 estructura en celosía 20 mediante un soporte o vaina 32.

En la figuras 4 y 5 se han representado respectivamente un segundo y un tercer modo de realización de la invención, los cuales son variantes del primer modo de realización conservando su forma hexagonal. En lo que se refiere a la figura 4, se ha prescindido del 15 domo central 7, y las segundas estructuras en celosía 21 de la figura 1 se han sustituido por primeros tirantes 23 los cuales conectan las unidades de empuje 2 o flotadores con el centro geométrico del hexágono, y además conectan las unidades generadoras 1 con dicho centro geométrico. Además se ha prescindido de los tirantes 22 de la figura 1, y en su lugar, para hacer más rígido el conjunto, se han dispuesto parejas de segundos tirantes 24, los cuales 20 se encargan de conectar entre sí a las distintas unidades generadoras 1. En el caso de la figura 4 se ha optado por un sistema de fondeo “directo” con dos cables de fondeo 10 que conectan a dos unidades de empuje 2 o flotadores con el fondo marino y que con la ayuda de chigres 9 (no visibles en la figura) colocados en el interior del extremo esférico de las citadas unidades de empuje 2 regulan la profundidad de inmersión del dispositivo. En 25 cambio en a figura 5, en un tercer modo de realización, se ha optado por un sistema de fondeo “indirecto”, en este caso varias unidades generadoras 1 se conectan mediante cables de conexión 11 a una boya sumergida giratoria 12 y esta a su vez al fondo marino mediante un par de cables de fondeo 10. La boya sumergida giratoria 12 se encuentra descrita en la patente ES 2367616 B2 del mismo solicitante. Por tanto, los cables de 30 conexión 11 entre la boya 12 y el dispositivo tienen longitud fija y se pueden eliminar los chigres del dispositivo. En el caso de uso de palas de paso fijo, la corriente tiene que venir de un único sentido. Pero, en el caso de corrientes mareales, en las que existe un cambio de dirección de la corriente entre el flujo y el reflujo, es indispensable girar el dispositivo, por lo que para el caso de emplear una boya sumergida giratoria 12, la alineación se produce de

35 forma automática.

En la figura 6 se ha representado un cuarto modo de realización del dispositivo en el cual el polígono base es un rectángulo subdividido para determinar dos espacios cuadrados 25 para formar una estructura más compleja. De forma más concreta, en este caso el conjunto 5 estructural está compuesto de seis unidades de empuje 2 o flotadores conectados entre sí mediante primeras estructuras en celosía 20 y entre cada pareja de unidades de empuje 2, en el punto medio de las estructuras 20 se colocan las unidades generadoras 1, en un total de seis unidades generadoras 1. En este caso se dispone un soporte central 26 que se conecta con las unidades de empuje 2 intermedias de los lados largos del rectángulo

10 mediante primeras estructuras en celosía 20. Por su parte las unidades generadoras 1 se conectan entre si mediante segundas estructuras en celosía 21 situadas diagonalmente con respecto a los lados del rectángulo que constituye el conjunto estructural del dispositivo. En este caso, se ha utilizado un número mayor de cables de fondeo 10, concretamente cuatro conectados a las unidades de empuje 2 situadas en los vértices del rectángulo.

15 En la figura 7 se ha representado una vista en planta de la solución de fondeo, para el dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal de las figuras 1 a 3, con dos cables de fondeo 10, cada uno manejado por un chigre 9 (no visible) independiente. Los cables de fondeo 10 se conectan al fondo marino

20 mediante elementos de anclaje 33.

Conviene aclarar que en todas las figuras y con el fin de poder generalizar en la reivindicación principal se han designado a los primeros elementos de conexión principales 5 como primeras estructuras en celosía 20, a los segundos elementos de conexión

25 principales 8, dependiendo del modo de realización, como segundos elementos de conexión 21, o primeros tirantes 23 y a los elementos de conexión complementarios 6, dependiendo del modo de realización, como tirantes 22 o como segundos tirantes 24.

Tal como se aprecia en la figura 8, en operación, el dispositivo está con su plano principal en

30 vertical y con el eje de los rotores en la dirección de la corriente. Si ésta fluye hacia la derecha, se alcanza la posición de equilibrio 27 a una profundidad que es función de la velocidad de la corriente (que es mayor en la superficie que en el fondo), de la longitud de los cables de fondeo y del empuje neto del dispositivo. Por tanto, se puede operar más cerca de la superficie cuando la velocidad de la corriente es baja y hay pocas olas,

35 aumentando la profundidad con mala mar o velocidades más altas. De esta forma se puede maximizar la cantidad anual de energía extraída y reducir los esfuerzos de fatiga. La disposición de los rotores “aguas abajo” del dispositivo produce un auto-alineamiento con la dirección de la corriente.

5 Cuando disminuye la velocidad de la corriente y, por lo tanto las fuerzas hidrodinámicas, se procede a girar el dispositivo, pasando agua de lastre de los flotadores inferiores a los superiores, con lo que pasa de la orientación vertical a la horizontal 28, recogiéndose parte del cable de fondeo en caso de que no se desee que el dispositivo ascienda demasiado.

10 Cuando termina de cambiar el sentido de la corriente, un nuevo trasvase de lastre completa el giro del dispositivo, que pasa a adoptar la posición de operación 29, regulándose de nuevo la profundidad con ayuda de los chigres.

Para realizar las operaciones de mantenimiento, aprovechando ventanas de baja velocidad

15 de la corriente y de oleaje moderado, una vez que está el dispositivo en horizontal y sumergido, se procede a vaciar parte (o todo) del agua de los lastres y a soltar cable de fondeo, con lo que emergerá de forma suave, quedando en la posición representada en las figuras 9A y 9B. En la posición base de mantenimiento, con una embarcación 30 de porte reducido, es posible el acceso a los flotadores con equipos en su interior, a través de las

20 escotillas situadas en los conos. Para realizar el cambio de una unidad generadora 1 UGEX, hay que desmontar sus pernos de unión con la vaina 32, desconectar su cable umbilical y subirla con una grúa 31 a la embarcación 30. El montaje de una unidad generadora 1 UGEX de reserva se realiza de forma inversa.

25 En el caso de que se quiera realizar un mantenimiento de alguno de los chigres, desde la posición inicial de operación 27 se procede a provocar un giro en sentido contrario, quedando los rotores hacia abajo. Posteriormente se procede, largando cables y reduciendo el lastre, a emerger el dispositivo.

30 Puede verse que en las situaciones de flotación, el conjunto de los flotadores actúa como una plataforma semisumergible, con lo que el movimiento inducido por el oleaje será reducido. Además, controlando la cantidad de lastre remanente, se puede ajustar el periodo de resonancia de los movimientos del dispositivo y hacer que no coincida con el de las olas significativas.

Tal como se aprecia en las figuras 10A y 10B, en el caso de la alternativa con domo central 7, su acceso es más complejo. Para labores de inspección o sustitución de equipos ligeros, se puede acceder desde la embarcación 30 de mantenimiento, arriando un bote auxiliar (por ejemplo una embarcación neumática) que puede pasar entre las palas de una unidad 5 generadora 1 UGEX y una unidad de empuje 2 o flotador. Para ello, se precisa que no salga tanto del agua el dispositivo y que uno de los rotores tenga sus dos palas en dirección radial. En caso de mantenimiento mayor en el domo central 7, para mover equipos pesados, se puede acercar la embarcación 30 si es de tipo catamarán, quitando previamente una de las unidades generadoras 1 UGEX y sumergiendo el dispositivo hasta una cota adecuada, tal

10 como se ve en la figura 10.

Las unidades de empuje 2 o flotadores y las unidades generadoras 1 UGEX e incluso en el domo central 7, los cuales pueden tener equipos en cámaras estancas, podrán disponer de una escotilla de acceso situada en su extremo cónico.

15 Como material preferente para todos estos elementos se utilizará el acero, si bien es factible el uso de materiales compuestos para los cuerpos más voluminosos, especialmente para las unidades de empuje 2 o flotadores. La estructura de los cuerpos que conforman las unidades generadoras 1 y de empuje 2, deberá ser resistente a la presión y preferentemente

20 estará compuesta por un carenado de entrada (casquete elipsoidal), un cilindro y dos troncos de cono para la parte estanca y un cono de carenado final.

En el caso de la figura 6 en la que se ha representado la alternativa con boya sumergida giratoria 12, los chigres 9 (no visibles en la figura) de regulación de la longitud de los cables 25 de fondeo 10 van dispuestos en el interior dicha boya 12 en lugar de estar en el dispositivo.

El uso preferente de unión con estructuras en celosía 20, 21 formadas por tubos, con los diseños que se muestran en las figuras 1 a 6, hacen posible que el conjunto se pueda montar con medios limitados, presentando menos resistencia para el transporte en el mar y

30 mejorando el comportamiento dinámico en flotación. Para el montaje, fundamentalmente, sólo hay que realizar una serie de uniones de tubos a tope, lo cual se puede llevar a cabo mediante robots de soldadura portátiles.

Por ejemplo, en fábrica se pueden armar cada una de las unidades de empuje 2 flotadores y 35 el domo central 7, instalando todos los equipos de su interior y soldando en cada uno, unos pequeños tramos de tubo de las estructuras a las que se van a unir. Por otro lado, se fabrican las unidades estancas de las unidades generadoras 1 UGEX y las palas 15 de los rotores 14. El tercer bloque de fabricación lo constituyen los conjuntos estructurales de los las estructuras en celosía 20 y 21 y los tirantes 22.

5 Cuando está montado todo el conjunto queda en una posición horizontal, con los rotores hacia arriba y, tras las pruebas a flote, se procede, con la ayuda de un remolcador, a trasladar el dispositivo a su lugar de operación.

10 En paralelo se habrá instalado el sistema de fondeo, con los elementos de anclaje 33 al fondo (pilotes, anclas de succión, bases de gravedad, etc.) y los cables de fondeo 10 unidos en sus extremos libres a unidades de empuje 2 para que estén accesibles. También se habrá instalado el cable de exportación de energía (no representado) que debe ser dinámico y con un conector sumergible, pero de montaje en seco, en su extremo accesible en la

15 superficie. Cuando llega el dispositivo se unen los extremos de los cables de fondeo 10 a unos cables guía pre-enrollados en los chigres y se conecta el cable de exportación de energía, quedando en una situación similar a la de mantenimiento. El desmontaje se realiza de forma inversa.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal que comprende una pluralidad de unidades generadoras (1) modulares extraíbles

5 y una pluralidad de unidades de empuje (2) o flotadores en número similar que las unidades generadoras, caracterizado porque las unidades generadoras (1) y las unidades de empuje

(2) se sitúan según una disposición poligonal, en los lados (3) y/o vértices (4) de dicha disposición poligonal, estando alternadas entre sí cada unidad generadora con cada unidad de empuje para disminuir los esfuerzos en las estructuras y porque se disponen para la 10 conexión de las unidades generadoras (1) y las unidades de empuje (2) primeros elementos de conexión principales (5) y elementos de conexión complementarios (6) y para la conexión de al menos las unidades generadoras de empuje (2) con el centro del polígono, segundos elementos de conexión principales (8), todos ellos configurados para dotar de rigidez a la estructura poligonal resultante, de forma que el dispositivo podrá trabajar sumergido en

15 posición vertical para obtener energía o flotar en la superficie del agua para su traslado y para la realización de operaciones de mantenimiento a flote.
2. Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal según la reivindicación 1, caracterizado porque las unidades de empuje (2) se

20 disponen en los vértices (4) del polígono y las unidades generadoras (1) se disponen de forma equidistante entre dos unidades de empuje (2) consecutivas, en el punto medio del lado (3) correspondiente del polígono.
3. Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura

25 poligonal según la reivindicación 1, caracterizado porque las unidades generadoras (1) se disponen en los vértices (4) del polígono y las unidades de empuje (2) se disponen de forma equidistante entre dos unidades generadoras (1) consecutivas, en el punto medio del lado

(3) correspondiente del polígono.

30 4. Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se dispone un domo central (7), situado en el centro geométrico del polígono, el cual está conectado a las unidades de empuje (2) y/o a las unidades generadoras (1) por medio de los segundos elementos de conexión principales (8), disponiéndose en el interior del domo central (7)

35 equipos complementarios.
5. Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque, en el interior del domo

5 central (7) y/o en el interior de algunas de las unidades de empuje (2) y/o unidades generadoras (1), situadas en distintos puntos del polígono, se disponen correspondientes chigres (9), cuyos cables de fondeo (10) fijan el dispositivo al fondo marino.
6. Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura

10 poligonal según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque cada una de las unidades generadoras (1) se conectan con respectivos cables (11) de longitud fija a una boya sumergida giratoria (12), que a su vez está fijada al fondo marino con un sistema de fondeo, adaptándose dicha boya sumergida giratoria (12) de forma automática a la dirección de la corriente.
7. Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada una de las unidades generadoras (1) dispone de un rotor (14) con varias palas (15) y de un cuerpo estanco (16) que incluye los elementos de conversión (17) de energía hidrocinética en

20 mecánica.
8. Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal según la reivindicación 7, caracterizado porque las unidades generadoras (1) son unidades extraíbles situadas en la periferia de la estructura poligonal del dispositivo,

25 configuradas para efectuar su mantenimiento a flote o ser sustituidas por otras mediante una grúa (31) asociada a una embarcación (30).
9. Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque cada unidad de

30 empuje (2) incorpora tanques de lastre (18) configurados para variar su nivel de flotación y el del dispositivo, incorporando alguna de dichas unidades de empuje equipos complementarios (19).
10. Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura 35 poligonal según la reivindicación 9, caracterizado porque las unidades de empuje (2) tienen posibilidad de giro según un eje horizontal, estando configuradas para que, cuando cambia el sentido de la corriente, como consecuencia del ciclo de marea, dichas unidades de empuje (2) puedan girar sobre el eje horizontal gracias a la acción sobre los tanques de lastre (18), manteniendo la profundidad deseada con la ayuda de chigres (9).
11. Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal según las reivindicaciones 9 y 10, caracterizado porque cuando las unidades de empuje (2) están en posición horizontal, vaciando los tanques de lastre (18) y largando cables de fondeo (10), permiten al dispositivo salir a la superficie para efectuar labores de

10 mantenimiento y traslado.
12. Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque, comprende un sistema de control tanques de lastre (18) de agua de cada una de las unidades de empuje

15 (2) y/o del domo central (7) y de un sistema de control de fondeo compuesto por chigres (9) y cables de fondeo (10), cuya operación conjunta permite controlar la profundidad y orientación del dispositivo, optimizando la energía extraída y/o reduciendo los esfuerzos de fatiga.

20 13. Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal según las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la pluralidad de unidades generadoras (1) y unidades de empuje (2) se disponen según un polígono regular donde las unidades de empuje (2) se sitúan en los vértices (4) del polígono estando conectadas entre sí por primeras estructuras en celosía (20) que actúan como primeros elementos de

25 conexión principales (5) y las unidades generadoras (1) se sitúan en los puntos medios de dichas primeras estructuras en celosía (20) que conforman el polígono.
14. Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal según la reivindicación 13, caracterizado porque se dispone en el centro de dicho

30 polígono el domo central (7) conectado a las unidades de empuje (2) mediante segundas estructuras en celosía (21) que actúan como segundos elementos de conexión principales

(8) y unos tirantes (22) que conectan entre sí a las segundas estructuras en celosía (21) y que actúan como elementos de conexión complementarios (6).

35 15. Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal según la reivindicación 13, caracterizado porque todas las unidades de empuje (2) se conectan a un punto central mediante primeros tirantes (23) que actúan como segundos elementos de conexión principales (8) y en donde las unidades generadoras (1) contiguas se conectan entre sí a través de parejas de segundos tirantes (24) que actúan como

5 elementos de conexión complementarios (6).
16. Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal según las reivindicaciones 13 a 15, caracterizado porque el polígono regular es preferentemente un hexágono.
17. Dispositivo para el aprovechamiento de las corrientes marinas multi-rotor con estructura poligonal según las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la pluralidad de unidades generadoras (1) y/o unidades de empuje (2) se sitúan según disposiciones poligonales rectangulares subdivididas en al menos un par de espacios cuadrados (25), en donde las 15 unidades de empuje (2) se sitúan en los vértices (4) de los espacios cuadrados (25), estando conectadas entre sí por primeras estructuras en celosía (20) que actúan como primeros elementos de conexión principal (5) y las unidades generadoras (1) se sitúan en los puntos medios de dichas primeras estructuras en celosía (20) que conforman el polígono, disponiéndose, únicamente, en los lados exteriores del perímetro del dispositivo,

20 segundas estructuras en celosía (21) dispuestas diagonalmente con respecto a las primeras estructuras en celosía (20) que actúan como segundos elementos de conexión principales

(8) entre alguna de las unidades generadoras (1) y de las mismas con un soporte central (26).

20=5

FIG.�1

2

FIG.�7

FIG.�8

1

FIG.�9A

FIG.�9B

31

FIG.�10A

7

FIG.�10B

1

3917 37

FIG.�11

18

FIG.�12