ES2526240A2 - Mechanical system for generating electrical energy from wave power - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓN DESCRIPTION
Sistema mecánico para generación de energía, eléctrica a partir de energía undimotriz. Mechanical system for power generation, electric from wave energy.
Sector de la técnica/Campo de aplicación de la invención 5 Technical sector / Field of application of the invention 5
El sistema recogido en la presente invención tiene aplicación dentro del sector técnico de la industria dedicada a la investigación y desarrollo, fabricación y puesta en marcha de sistemas e instalaciones de producción de energía eléctrica mediante el uso de fuentes de energía renovable. 10 The system included in the present invention has application within the technical sector of the industry dedicated to the research and development, manufacture and commissioning of systems and installations for the production of electric energy through the use of renewable energy sources. 10
Objeto de la invención Object of the invention
La presente invención, tal y como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un sistema de generación de energía eléctrica mediante el 15 aprovechamiento de la energía procedente del movimiento de las olas (energía undimotriz). The present invention, as expressed in the statement of the present specification, refers to an electric power generation system by harnessing the energy from wave movement (wave energy).
Más en particular, el objeto de la presente invención se centra en la definición de un sistema mecánico para conseguir el ascenso de un contrapeso por efecto del oleaje. La 20 energía potencial acumulada durante el ascenso de dicho contrapeso se aprovecha durante el movimiento descendente del mismo para la generación de energía útil, normalmente energía eléctrica, mediante un generador. More in particular, the object of the present invention focuses on the definition of a mechanical system to achieve the rise of a counterweight due to the effect of the waves. The potential energy accumulated during the rise of said counterweight is used during the downward movement thereof for the generation of useful energy, usually electrical energy, by means of a generator.
Antecedentes de la invención 25 Background of the invention
En el sector energético es cada vez más frecuente la búsqueda de sistemas de generación eléctrica a partir de fuentes renovables de energía. En relación a la presente patente, la energía renovable de partida para la producción de energía eléctrica, u otro tipo de energía útil y aprovechable, es la debida al movimiento de las olas, o energía 30 undimotriz. El origen de esta energía es que la fuerza del viento tiene la capacidad de generar olas en la superficie una masa de agua. Dichas olas pueden llegar a tener grandes dimensiones, tanto en el mar como en grandes lagos. Este movimiento u oleaje se puede aprovechar para la generación de energía útil. In the energy sector, the search for electricity generation systems from renewable sources of energy is becoming increasingly frequent. In relation to the present patent, the starting renewable energy for the production of electrical energy, or other useful and usable energy, is that due to the movement of waves, or wave energy. The origin of this energy is that the force of the wind has the ability to generate waves on the surface a body of water. These waves can have large dimensions, both at sea and in large lakes. This movement or waves can be used to generate useful energy.
35 35
En la actualidad, existen diversos sistemas o dispositivos de aprovechamiento de la energía de las olas. Muchos de estos sistemas se basan en la siguiente metodología: conversión de la energía de las olas en el movimiento de un cuerpo o fluido mediante sistemas mecánicos, hidráulicos o neumáticos (conversión primaria) y una conversión de dicho movimiento del cuerpo o fluido en energía utilizable, generalmente energía eléctrica 40 (conversión secundaria). Además, se conocen aparatos diseñados para convertir la energía de las olas en trabajo mecánico, el cual puede ser utilizado para bombear un fluido que a su vez puede ser utilizado, por ejemplo, para generar electricidad. At present, there are various systems or devices for harnessing wave energy. Many of these systems are based on the following methodology: conversion of wave energy into the movement of a body or fluid by mechanical, hydraulic or pneumatic systems (primary conversion) and a conversion of said movement of the body or fluid into usable energy , generally electric power 40 (secondary conversion). In addition, devices designed to convert wave energy into mechanical work are known, which can be used to pump a fluid which in turn can be used, for example, to generate electricity.
La patente ES-2-372-192-B1 comprende un conjunto de anclajes al lecho marino, junto 45 con un mecanismo de bombeo y un mecanismo para accionar dicha bomba mediante un conjunto de boyas sometidas a la acción de las olas, y conectada al mecanismo de accionamiento mediante una línea de tracción flexible. Un mecanismo similar se describe en la solicitud de patente internacional WO-A-0070218. Patent ES-2-372-192-B1 comprises a set of anchors to the seabed, together with a pumping mechanism and a mechanism for operating said pump by means of a set of buoys subjected to the action of the waves, and connected to the drive mechanism by means of a flexible traction line. A similar mechanism is described in international patent application WO-A-0070218.
50 fifty
La patente WO 2012/025848 A1 describe un dispositivo para el aprovechamiento de la energía de las olas que comprende una carcasa envolvente, que se encuentra dividido en al menos dos cámaras, una de aire y otra con orificios de entrada y salida de agua. La cámara de aire dispone de un eje inferior unido a un cable fondeado, de forma que dicho eje gira cuando la carcasa envolvente del sistema asciende y desciende debido al 5 movimiento de las olas, ya que dicha carcasa es estanca y actúa a modo de boya o flotador. El giro obtenido en dicho eje se trasmite a un eje secundario del que cuelga un peso de gran tonelaje. La energía potencial adquirida en la subida del contrapeso se aprovecha para la generación de energía eléctrica durante su bajada. WO 2012/025848 A1 discloses a device for harnessing the energy of the waves that comprises an enclosure housing, which is divided into at least two chambers, one of air and the other with water inlet and outlet holes. The air chamber has a lower axis attached to a anchored cable, so that said axis rotates when the enclosure housing of the system rises and falls due to the movement of the waves, since said housing is sealed and acts as a buoy or float. The rotation obtained in said axis is transmitted to a secondary axis from which a large tonnage weight hangs. The potential energy acquired in the rise in the counterweight is used to generate electricity during its descent.
10 10
La patente ES-2-354-097-B1 se refiere a otro sistema de extracción de energía undimotriz mediante el movimiento angular de flotadores que se desplazan respecto de una estructura central gracias al movimiento de las olas. El movimiento angular relativo entre los pétalos y la estructura central se transmite por medio de un acoplamiento mecánico a un sistema de generación de energía eléctrica contenido en dicha estructura 15 central. The ES-2-354-097-B1 patent refers to another wave energy extraction system by means of the angular movement of floats that move with respect to a central structure thanks to the movement of the waves. The relative angular movement between the petals and the central structure is transmitted by means of a mechanical coupling to an electric power generation system contained in said central structure 15.
En el documento US 6.476.511 se da a conocer un aparato que flota libremente en la superficie del mar y está anclado al fondo del mar. Dicho aparato consta de una pluralidad de miembros flotantes de cuerpo cilíndrico conectado entre sí en sus extremos 20 para formar una estructura articulada similar a una cadena. Cada par de miembros cilíndricos adyacentes están conectados entre sí por medio de un miembro de acoplamiento, que permite un movimiento rotacional relativo de los miembros cilíndricos en torno a un eje transversal. Cada miembro de acoplamiento está dotado de elementos, tales como un conjunto de pistones hidráulicos, que resisten y extraen energía del 25 movimiento rotacional relativo de los miembros del cuerpo. In US 6,476,511 an apparatus is disclosed that floats freely on the surface of the sea and is anchored at the bottom of the sea. Said apparatus consists of a plurality of cylindrical body floating members connected to each other at their ends 20 to form an articulated structure similar to a chain. Each pair of adjacent cylindrical members are connected to each other by means of a coupling member, which allows a relative rotational movement of the cylindrical members about a transverse axis. Each coupling member is provided with elements, such as a set of hydraulic pistons, that resist and extract energy from the relative rotational movement of the body members.
En el documento US 4.453.894 se describe un aparato también anclado al fondo, en el que el movimiento del flotador en la superficie del mar provoca el desplazamiento de un fluido hidráulico en un sistema hidráulico que comprende dispositivos que interconectan 30 el o los flotadores de superficie y el miembro de referencia, extrayendo energía útil del sistema hidráulico. In US 4,453,894 an apparatus is also anchored at the bottom, in which the movement of the float on the surface of the sea causes the displacement of a hydraulic fluid in a hydraulic system comprising devices that interconnect the floats or floats of surface and reference member, extracting useful energy from the hydraulic system.
En otros dispositivos, la energía de olas en movimiento es transmitida a los brazos soportados por una estructura de soporte que tiene uno o más flotadores que las olas 35 hacen que se muevan, tales como los recogidos en el documento US 4.013.382, o a un sistema mecánico de árboles que, por medio de un sistema de transmisión, mecánica, accionan uno o más generadores eléctricos para la producción de electricidad, como en el sistema del documento WO 01/9644. En el documento WO 89/07197 se da a conocer otro sistema que sigue la misma técnica que la anterior. 40 In other devices, the energy of moving waves is transmitted to the arms supported by a support structure that has one or more floats that the waves 35 make them move, such as those set forth in US 4,013,382, or to a mechanical system of trees that, by means of a mechanical transmission system, drive one or more electric generators for the production of electricity, as in the system of WO 01/9644. In WO 89/07197 another system is disclosed that follows the same technique as the previous one. 40
En la patente ES-2-340-655-A1 se describe un dispositivo para generador undimotriz que transforma un movimiento lineal de las olas sobre la superficie del agua en un movimiento de giro unidireccional. In patent ES-2-340-655-A1 a device for wave generator is described which transforms a linear movement of the waves on the surface of the water into a unidirectional turning movement.
45 Four. Five
Según se ha descrito, existen diversos sistemas de aprovechamiento de la energía undimotriz, cada uno con una definición concreta de transformación de la energía del oleaje en otro tipo de energía, habitualmente energía eléctrica. Sin embargo, en esta invención se describe un sistema mecánico de aprovechamiento de dicha energía con las características de funcionamiento descritas a continuación, la realización preferente de 50 invención y las reivindicaciones señaladas en el presente documento. As described, there are various systems for harnessing wave energy, each with a concrete definition of the transformation of wave energy into another type of energy, usually electrical energy. However, in this invention a mechanical system of utilization of said energy is described with the operating characteristics described below, the preferred embodiment of the invention and the claims set forth herein.
Explicación de la invención Explanation of the invention.
El sistema que se describe en la presente invención aprovecha la energía generada durante el movimiento de las olas (undimotriz) para la generación de energía eléctrica. Para ello, el sistema cuenta con una carcasa envolvente que actúa como elemento 5 estructural para el alojamiento de todos los dispositivos necesarios del sistema. Dicha carcasa envolvente está parcialmente sumergida, actuando a modo de boya o flotador, que se desplaza por efecto del oleaje y las mareas. La energía eléctrica, se obtiene mediante un generador eléctrico acoplado al eje de salida de una multiplicadora reversora. 10 The system described in the present invention takes advantage of the energy generated during wave movement (wave) for the generation of electrical energy. For this, the system has an enclosure that acts as a structural element for the accommodation of all the necessary devices of the system. Said enclosure is partially submerged, acting as a buoy or float, which is displaced by waves and tides. The electrical energy is obtained by means of an electric generator coupled to the output shaft of a reverse multiplier. 10
El eje de entrada de la multiplicadora reversora rota gracias a que está unido a una tira-vira en la que se enrolla un cable de acero. Este cable de acero está lastrado por uno de sus extremos a un peso muerto fondeado, y por el otro a un contrapeso. Debido al movimiento del oleaje, la carcasa, envolvente, que actúa a modo de boya, asciende y 15 desciende alternativamente. Además, debido a que el cable de acero del sistema está unido por sus dos extremos a sendos pesos (peso muerto y lastre) la tira-vira en la que está enrollado gira de la manera descrita a continuación: The input shaft of the reverse multiplier rotates thanks to the fact that it is connected to a turn-strip in which a steel cable is wound. This steel cable is weighted at one end at a dead weight anchored, and on the other at a counterweight. Due to the movement of the waves, the enclosure, which acts as a buoy, ascends and descends alternately. In addition, because the steel cable of the system is connected at both ends to two weights (dead weight and ballast), the strip on which it is wound turns in the manner described below:
- durante el movimiento ascendente de la boya por el oleaje, el peso muerto permanece 20 lastrado al fondo, pero el contrapeso asciende, haciendo girar la tira-vira debido al cable enrollado en ella en un determinado sentido de giro. El contrapeso se ubica en el interior de la cámara estanca de la carcasa envolvente del sistema para eliminar las pérdidas por rozamiento hidrodinámico. - during the upward movement of the buoy through the waves, the dead weight remains ballasted at the bottom, but the counterweight rises, turning the strip-turn due to the cable wound on it in a certain direction of rotation. The counterweight is located inside the sealed chamber of the enclosure housing of the system to eliminate hydrodynamic friction losses.
25 25
- durante el movimiento descendente de la boya por el oleaje, el peso muerto permanece lastrado al fondo, pero el contrapeso vuelve a descender, haciendo girar la tira-vira debido al cable enrollado en ella en el sentido de giro contrario al anterior. - during the downward movement of the buoy through the waves, the dead weight remains ballasted at the bottom, but the counterweight descends again, turning the strip-turn due to the cable wound on it in the opposite direction of rotation.
Como se indicó anteriormente, el eje de giro de la tira-vira permite generar energía útil. 30 Preferentemente, la finalidad de este dispositivo es generar energía eléctrica, y para esto, el eje de giro de la tira-vira está acoplado al eje de entrada de una multiplicadora reversora cuyo eje de salida se acopla a un generador eléctrico. Para estabilizar el régimen de giro del generador eléctrico, en el sistema se acopla además un volante de inercia. 35 As indicated above, the axis of rotation of the turn-strip allows generating useful energy. Preferably, the purpose of this device is to generate electrical energy, and for this, the axis of rotation of the turn-strip is coupled to the input axis of a reverse multiplier whose output axis is coupled to an electric generator. To stabilize the rotation speed of the electric generator, a flywheel is also coupled to the system. 35
La energía eléctrica producida en el generador (2) se distribuye a tierra a través de un cable eléctrico (12). Dicho cable eléctrico es guiado hasta el fondo marino mediante varios dispositivos mecánicos de enganche tipo argolla (13), denominadas guías cable, unidas al cable (6) que soporta el peso muerto (8). 40 The electrical energy produced in the generator (2) is distributed to the ground through an electric cable (12). Said electric cable is guided to the seabed by several mechanical hook-type hooking devices (13), called cable guides, attached to the cable (6) that supports the dead weight (8). 40
Descripción de los dibujos Description of the drawings
En la Figura 1 se muestra el sistema generador en dos posiciones, para la posición baja de la ola (figura de la izquierda) y para la posición alta de la misma (figura de la derecha), 45 y con los siguientes elementos y subsistemas enumerados a continuación: Figure 1 shows the generator system in two positions, for the low position of the wave (figure on the left) and for the high position of the wave (figure on the right), 45 and with the following elements and subsystems listed then:
1 Carcasa envolvente 1 Enclosure
2 Generador eléctrico 50 2 Electric generator 50
3 Volante de inercia 3 Flywheel
4 Multiplicadora reversora 4 Reverse multiplier
5 Tira-vira 5 5 Strip-turn 5
6 Cable de acero 6 Steel Cable
7 Cámara estanca de la carcasa envolvente 7 Waterproof enclosure housing
10 10
8 Peso muerto 8 Deadweight
9 Gaza 9 Gaza
10 Contrapeso 15 10 Counterweight 15
11 Rodillos guía 11 Guide rollers
12 Cable eléctrico 12 Electric cable
20 twenty
13 Guías tipo argolla 13 Ring guides
Realización preferente de la invención Preferred Embodiment of the Invention
El sistema que se describe en la presente invención aprovecha la energía generada 25 durante el movimiento de las olas (undimotriz) para la generación de energía eléctrica. Para ello, el sistema cuenta con una carcasa envolvente (1), que actúa a modo de alojamiento de todos los dispositivos necesarios para dicha generación eléctrica. Esta carcasa envolvente está parcialmente sumergida, actuando a modo de boya o flotador, que se desplaza por efecto del oleaje y las mareas. La carcasa dispone de sistemas de 30 acceso a su interior y sistemas de seguridad adecuado que permite a los operarios acceder de forma segura a los distintos subsistemas y dispositivos ubicados en la misma. The system described in the present invention takes advantage of the energy generated during wave movement (wave) for the generation of electrical energy. For this, the system has an enclosure (1), which acts as a housing for all the devices necessary for said power generation. This enclosure is partially submerged, acting as a buoy or float, which is displaced by waves and tides. The housing has 30 access systems inside and adequate security systems that allow operators to safely access the different subsystems and devices located therein.
La carcasa es estructuralmente resistente para soportar el peso y los esfuerzos de los distintos dispositivos, y está dividida en al menos dos espacios, uno denominado cámara 35 estanca (7), situada en la parte inferior y totalmente estanca; lleno de aire para permitir la flotabilidad de toda la carcasa; y otro superior, accesible por los operarios, donde se sitúan los distintos subsistemas para el aprovechamiento energético de las olas. En el espacio superior de la carcasa (1) se ubica un preferentemente generador eléctrico (2), cuya finalidad es obtener energía eléctrica del sistema. El generador eléctrico tiene 40 acoplado en su eje un volante de inercia (3) que cumple la función de estabilizar el régimen de giro del sistema para un mejor funcionamiento y producción energética del generador eléctrico (2). The housing is structurally resistant to withstand the weight and efforts of the various devices, and is divided into at least two spaces, one called a sealed chamber 35 (7), located at the bottom and completely waterproof; full of air to allow buoyancy of the entire housing; and another superior, accessible by the operators, where the different subsystems for the energy use of the waves are located. In the upper space of the housing (1) there is preferably an electric generator (2), whose purpose is to obtain electrical energy from the system. The electric generator has a flywheel coupled to its axis (3) that performs the function of stabilizing the system's rotation regime for better operation and energy production of the electric generator (2).
En otra disposición, este generador (2) puede ser sustituido por otro tipo de sistema para 45 un aprovechamiento diferente de la energía undimotriz, produciendo otro tipo de energía útil diferente a la energía eléctrica. In another arrangement, this generator (2) can be replaced by another type of system for a different use of wave energy, producing another type of useful energy different from electric energy.
El movimiento de giro del eje del generador eléctrico (2) se consigue mediante su acoplamiento al eje de salida de una multiplicadora reversora (4) cuyo eje de entrada se 50 acopla a un sistema tipo tira-vira (5) en el que está enrollado un cable de acero (6). La The rotation movement of the electric generator shaft (2) is achieved by coupling it to the output shaft of a reverse multiplier (4) whose input shaft is coupled to a strip-turn system (5) in which it is wound a steel cable (6). The
multiplicadora reversora permite el aprovechamiento del movimiento de giro del sistema tira-vira independientemente de si gira a derechas o a izquierdas, produciendo en el eje de salida acoplado al generador eléctrico un giro siempre en el mismo sentido necesario para el generador (2). Reverse multiplier allows to take advantage of the turning movement of the strip-turn system regardless of whether it turns right or left, producing in the output shaft coupled to the electric generator a rotation always in the same direction necessary for the generator (2).
5 5
El movimiento de giro del tira-vira, en un sentido de giro y en el contrario, se produce debido a que el cable de acero (6) que se enrolla en él tiene, unido a sus extremos, sendos pesos. Un peso muerto (8) que actúa además a modo de lastre de todo el sistema, y fijado al fondo marino, unido al cable mediante un sistema mecánico de sujeción tipo gaza (9), y un contrapeso (10). El cable (4) sale del interior de la carcasa (1) 10 desde el tira-vira (5) hasta el peso muerto fondeado (8), a través de un orificio cilíndrico vertical estanco a lo largo del espacio inferior o cámara estanca (7) de la carcasa (1). El cable está guiado hacia el fondo del lecho marino, a través de dicho orificio cilíndrico, mediante un sistema mecánico de rodillos guía (11). El contrapeso (10) puede estar situado sumergido en el mar o bien en el interior de la cámara estanca (7) para eliminar 15 las pérdidas por rozamiento hidrodinámico en su movimiento ascendente y descendente. The turning movement of the strip-turn, in a direction of rotation and on the contrary, occurs because the steel cable (6) that is wound on it has, together with its ends, two weights. A deadweight (8) which also acts as a ballast for the entire system, and fixed to the seabed, connected to the cable by means of a mechanical fastening system type gauze (9), and a counterweight (10). The cable (4) exits from the inside of the housing (1) 10 from the turn strip (5) to the anchored dead weight (8), through a vertical cylindrical sealed hole along the lower space or sealed chamber ( 7) of the housing (1). The cable is guided towards the bottom of the seabed, through said cylindrical hole, by a mechanical guide roller system (11). The counterweight (10) can be located submerged in the sea or inside the waterproof chamber (7) to eliminate losses by hydrodynamic friction in its upward and downward movement.
Durante el ascenso y descenso de la carcasa envolvente (1) debido al oleaje, el peso muerto (8) permanece fijo en el fondo marino y el contrapeso (10) asciende y desciende con el movimiento de la carcasa (1). Este movimiento relativo entre el peso (8) y el 20 contrapeso (10) produce que el cable de acero (6) se enrollé y/o desenrolle en la tira-vira, transmitiendo a esta un movimiento de giro. La energía eléctrica producida en el generador (2) se distribuye a tierra a través de un cable eléctrico (12) guiado hasta el fondo marino mediante varios dispositivos mecánicos de enganche tipo argolla o guías cable (13), unidas al cable (6) que soporta el peso muerto (8). 25 During the rise and fall of the enclosure (1) due to the swell, the dead weight (8) remains fixed on the seabed and the counterweight (10) rises and falls with the movement of the casing (1). This relative movement between the weight (8) and the 20 counterweight (10) causes the steel cable (6) to be rolled up and / or unrolled in the strip, transmitting a turning movement to it. The electrical energy produced in the generator (2) is distributed to the ground by means of an electric cable (12) guided to the seabed by means of several mechanical hook-up devices or cable guides (13), connected to the cable (6) that supports the deadweight (8). 25
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2526240 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20150724 |