ES2608851T3 - Convertidor de energía de las olas con flotador asimétrico - Google Patents

Abstract

Un convertidor de energía de las olas (WEC) que comprende: un flotador de forma asimétrica (10) que tiene una longitud (L) y un ancho (W), en donde la longitud, L, es mayor que el ancho, W, y un mástil (20), donde el mástil y el flotador se mueven con relación entre sí como una función de las olas; un dispositivo de toma de fuerza (PTO) (30) acoplado entre el flotador asimétrico y el mástil para convertir su movimiento relativo en energía útil; y un aparato (400) acoplado al flotador para controlar y cambiar la orientación del flotador como una función de al menos una de la dirección y la amplitud de las olas, caracterizado en que el aparato incluye medios para orientar el lado más largo del flotador a encarar las olas que se aproximan cuando la amplitud de las olas está por debajo de una amplitud predeterminada y para reorientar el flotador de modo que su lado más estrecho encara las olas entrantes cuando la amplitud de las olas está por encima de un nivel predeterminado.

Description

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DESCRIPCION

Convertidor de energfa de las olas con flotador asimetrico Antecedentes de la invencion

Esta invencion se refiere a un convertidor de energfa de las olas (WEC) disenado para proporcionar una mejor eficiencia bajo condiciones de operacion normales y para tener una mejor capacidad de supervivencia frente a las olas de gran amplitud.

Un WEC, como se muestra en las Figuras 1A y 1B, puede incluir un flotador 100 y un eje/mastil 20 con un dispositivo de toma de fuerza (PTO), 30, conectado entre el flotador y el eje. El flotador se disena generalmente para moverse en sincronismo con las olas. El eje 20 puede disenarse para ser estacionario (por ejemplo, anclado al fondo del mar como se muestra en la Figura 1A) o puede disenarse de manera que este puede moverse hacia arriba y hacia abajo, en fase con el flotador, pero con un retardo de tiempo con relacion al flotador y/o generalmente fuera de fase con las olas y el flotador, como se muestra en la Figura 1B, en una configuracion que puede referirse como un "absorbedor doble". En cualquier caso, la PTO se conecta entre el eje y el flotador para convertir su movimiento relativo en energfa util (por ejemplo, energfa electrica o diferentes formas de energfa mecanica).

Los flotadores 100 de los WEC de la tecnica anterior tienden a formarse para ser generalmente simetricos (por ejemplo, circulares o cuadrados) alrededor de los ejes x-y, como se muestra en la Figura 1C. Los WEC usados pueden ser del tipo ''absorbedor de punto'' donde el termino ''absorbedor de punto'' se define generalmente para significar que la dimension caractenstica del flotador del WEC es pequena en relacion con la longitud (mas larga) de las olas, cuando se acciona el WEC.

En muchas situaciones la cantidad de energfa que puede producirse mediante un WEC es una funcion del area superficial del flotador sujeta a influenciarse (levantarse o bajarse) por las olas. La fuerza boyante en el flotador puede estimarse como el cambio en el volumen desplazado del flotador mientras una ola pasa. Para las olas que tiene una longitud muy larga que inciden sobre un flotador (por ejemplo, las longitudes son mucho mas largas que las dimensiones del flotador en ancho o largo), el cambio en la altura desplazada del flotador es esencialmente el mismo en toda la superficie del flotador. Para este caso, la forma del flotador no es significativa teniendo en cuenta su capacidad de produccion de energfa. Sin embargo, para las olas que inciden en un flotador simetrico (por ejemplo, circular) que tienen una longitud comparable a la dimension del flotador, cuando un lado del flotador esta bajo la cresta de la ola, el otro lado o borde del flotador no esta bajo la cresta. Cuando esto ocurre, hay un efecto de cancelacion. Las fuerzas boyantes de la ola no actuan (por ejemplo, levantan) a traves de toda el area superficial del flotador. En este caso, la cantidad de energfa que puede producirse se reduce significativamente.

Esto puede explicarse mejor con referencia a la Figura 1D que ilustra el efecto de una ola en un flotador simetrico (seccion B de la Figura 1D) y un flotador asimetrico (seccion C de la Figura 1D). La seccion A de la Figura 1D muestra una ola 901, que tiene un penodo de 7 segundos, una altura de 2 metros y una longitud de aproximadamente 75 metros. Para fines de ilustracion, la forma de ola 901 se muestra que tiene un valor de pico (cresta) en el punto K, un valor inferior en un punto L, que esta a 5,5 metros de distancia de la cresta, y un valor aun mas bajo en un punto M, que esta a 11 metros de distancia de la cresta. Consideremos ahora un flotador circular 100 de la tecnica anterior (como se muestra en la seccion B de la Figura 1D) que tiene un diametro exterior de 11 metros, el cual se somete a la forma de ola 601. Como se muestra en el dibujo, el lado izquierdo del flotador (K) se alinea con el pico de la cresta de la ola. Es evidente que, para esta condicion de las olas, solamente parte del area superficial del flotador se sometera a toda la fuerza correspondiente a la amplitud de la ola. El resto del flotador se sometera a una fuerza menor y puede incluso empujar hacia abajo, lo cual cancela la fuerza de elevacion. Por lo tanto, la capacidad de desarrollo/produccion de energfa del flotador 100 se reduce significativamente. Para las olas cuya longitud es incluso menor que la que se muestra para la ola 901, es evidente que puede desarrollarse y producirse incluso menos energfa.

Para solucionar este problema, se propone que el flotador se realice asimetrico, de acuerdo con la vista superior que se muestra en la seccion C de la Figura 1d. Por ejemplo, se muestra un flotador elfptico 10 con una longitud de 22 metros (lado largo) y un ancho de 5,5 metros (lado corto). El area del flotador simetrico en la seccion B de la Figura 1D es esencialmente la misma que el area del flotador asimetrico en la seccion C de la Figura 1D. Como puede verse, esencialmente toda el area superficial del flotador asimetrico se sometera a toda la fuerza de la ola 901. Por tanto, desde el punto de vista de la produccion de energfa es conveniente tener un flotador asimetrico con su lado mas largo orientado en la direccion desde la que inciden las olas. Claramente, el flotador no simetrico tiene caractensticas preferibles para la conversion de la energfa de las olas para las olas que tienen longitudes mas cortas, con relacion al tamano del flotador. Es decir, para las olas que tienen longitudes mas cortas, con relacion al tamano del flotador, un flotador no simetrico orientado adecuadamente de area similar a un flotador simetrico, convertira, de manera mas eficiente, la energfa de las olas a una forma de electricidad util, es decir, mas de la energfa en la ola se convertira en una forma de energfa util que para un flotador simetrico de la tecnica anterior.

Por lo tanto, para las olas cuyas longitudes estan dentro de un intervalo "normal" (por ejemplo, que van desde menos de un penodo de 5 segundos hasta mas de un penodo de 14 segundos), es conveniente tener un flotador asimetrico para

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capturar mas ene^a de las olas y optimizar la conversion de la ene^a de las olas. Sin embargo, los solicitantes reconocieron que un inconveniente significativo existe para el uso del flotador asimetrico porque: (1) la direccion de las olas entrantes puede variar, lo que deshace los beneficios buscados; y (2) este tiene una mayor susceptibilidad a sufrir danos bajo condiciones de tormenta. Es decir, cuando la amplitud tfpica de las olas es menor de 4 metros, el WEC se disena para ser operativo para, y sobrevivir a, la condicion tfpica de las olas. Sin embargo, bajo condiciones de tormenta, donde las amplitudes de las olas son mayores que las esperadas normalmente (por ejemplo, las olas tienen amplitudes mayores que 4 metros) se aplican mayores fuerzas boyantes al flotador asimetrico y se desarrollan fuerzas significativamente mayores entre el flotador y el mastil lo que tiende a danar el WEC y su PTO. En consideracion de estos problemas, no se conoce ningun sistema WEC con un flotador asimetrico que se eleve y se baje por las olas.

Asf, aunque es conveniente tener el lado largo de un flotador asimetrico encarando las olas entrantes para mejorar la conversion de energfa de las olas, hay un problema con la supervivencia y la operatividad del WEC bajo condiciones de tormenta y de olas variantes.

La patente de Estados Unidos US 4 539 485 A describe un convertidor de energfa de las olas que comprende un flotador de forma asimetrica que tiene una longitud mayor que el ancho, y un mastil, donde el mastil y el flotador se mueven con relacion entre sf como una funcion de las olas, un dispositivo de toma de fuerza acoplado entre el flotador asimetrico y el mastil para la conversion de su movimiento relativo en energfa util. La forma de vaina del flotador tiende a cambiar la orientacion del flotador como una funcion de la direccion y/o amplitud de las olas.

La patente de Estados Unidos US 2002/067043 A1 describe un convertidor de energfa de las olas que tiene un flotador que puede orientarse de una manera similar a una veleta.

Resumen de la invencion

La invencion de los solicitantes reside en parte en el reconocimiento de los problemas expuestos anteriormente y, en parte, en el reconocimiento de que, para una eficiencia de conversion de energfa debe usarse un flotador asimetrico. La invencion de los solicitantes tambien reside en el reconocimiento de que: (1) el flotador debe girarse de modo que su lado largo encare las olas entrantes con el fin de aumentar la captacion de energfa; y (2) el flotador debe reorientarse (girarse) de manera que se reduce su perfil frente a las olas en condiciones de tormenta que se aproximan con el fin de reducir la aplicacion de fuerzas excesivas, potencialmente destructivas, y con el fin de aumentar la capacidad de supervivencia del WEC. Por lo tanto, el WEC de la invencion se caracteriza porque el aparato incluye medios para orientar el lado mas largo del flotador para encarar las olas que se aproximan cuando la amplitud de las olas esta por debajo de una amplitud predeterminada y para reorientar el flotador de modo que su lado mas estrecho encara las olas entrantes cuando la amplitud de las olas esta por encima de un nivel predeterminado.

Tenga en cuenta que el termino condicion de las olas "normal" se refiere a una intervalo de amplitudes de las olas para las cuales el WEC se disena a operar (y que estan dentro del intervalo de amplitudes que se encuentran tfpicamente en el sitio donde la WEC esta destinada a situarse) y que el termino "condiciones de tormenta" se refiere a las condiciones existentes cuando las amplitudes de las olas sobrepasan el intervalo normal.

Un WEC que incorpora la invencion incluye un flotador asimetrico destinado a moverse generalmente, hacia arriba y hacia abajo, en fase con las olas y un mastil que es o bien estacionario o que se disena de manera que pueda moverse hacia arriba y hacia abajo, en fase con el flotador, pero con un retardo de tiempo con relacion al flotador, y/o generalmente, hacia arriba y hacia abajo, fuera de fase con relacion al flotador. Una PTO se conecta entre el flotador y el mastil para convertir su movimiento relativo en energfa util (por ejemplo, energfa electrica). El flotador de forma asimetrica tiene un lado mas largo y un lado mas estrecho. El WEC incluye un aparato para orientar el lado mas largo del flotador de modo que este encara las olas entrantes para aumentar la eficiencia de conversion de la energfa de las olas del WEC y para orientar el flotador de modo que su lado mas estrecho encara las olas entrantes bajo condiciones de tormenta para mejorar la capacidad de supervivencia del WEC.

El flotador tiene superficies superior e inferior que se extienden generalmente paralelas a la superficie del agua y el flotador se mueve hacia arriba y hacia abajo generalmente en fase con las olas. El mastil se extiende en una direccion generalmente perpendicular a la superficie del agua. El flotador es "asimetrico" (por ejemplo, rectangular u oblongo). Es decir, el flotador tiene un lado "mas largo" (o "manga") y un lado "mas estrecho" ("mas corto" o "cabeza"); su largo (L) sera mayor que su ancho (W). El lado mas largo se disena para encarar normalmente las olas entrantes para mejorar la eficiencia de conversion de energfa del WEC frente a las olas entrantes cuya frecuencia y longitud esta dentro de un intervalo predeterminado.

De acuerdo con una modalidad, el flotador puede disenarse para tener un ancho que sea pequeno en comparacion con el intervalo de las longitudes normalmente esperadas de las olas entrantes.

Para reducir tensiones excesivas a las cuales puede someterse el WEC durante condiciones de tormenta, los WECs que incorporan la invencion incluyen medios para selectivamente, o automaticamente, (por ejemplo, activa o pasivamente) reorientar el flotador asimetrico de manera que durante condiciones de operacion "normales", el lado largo del flotador encara las olas entrantes y durante una condicion de "tormenta", el lado mas corto, mas estrecho, encara las

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olas entrantes. Por lo tanto, el lado largo del flotador se girara hacia las olas bajo esas condiciones en que se desea producir energfa, y el lado corto del flotador se girara hacia las olas en condiciones de tormenta para reducir tensiones a las cuales puede someterse el WEC.

De acuerdo con un aspecto de la invencion, el flotador asimetrico puede adaptarse (intercalarse, o acoplarse) al mastil para permitir que el flotador y el mastil se muevan hacia arriba y hacia abajo con relacion entre sf mientras que bloquean el movimiento rotacional relativo entre ellos. Donde el flotador y el mastil no pueden soltarse, se proporciona un medio para hacer girar el flotador y el mastil conjuntamente. Allf pude incluirse, ademas, un mecanismo de anclaje o amarre para permitir que el mastil/flotador giren sin alejarse demasiado de una posicion deseada.

De acuerdo con otro aspecto de la invencion, el flotador asimetrico puede acoplarse al mastil para permitir que estos se muevan hacia arriba y hacia abajo con relacion entre sf mientras que bloquean el movimiento de rotacion relativo. Para girar el flotador, el mastil y el flotador se desacoplan para permitir que el flotador gire con relacion al mastil.

Breve descripcion de las Figuras

En las figuras adjuntas, que no se dibujan a escala, al igual que los caracteres de referencia indican los mismos componentes, y

Las Figuras 1A y 1B son vistas en seccion transversal sumamente simplificadas de los WECs de la tecnica anterior;

La Figura 1C es una vista superior de un flotador "simetrico", el cual puede usarse en los WECS de las Figuras 1A o 1B; La Figura 1D es un dibujo simplificado idealizado que ilustra el efecto de una ola entrante en un flotador formado simetricamente (de acuerdo con la tecnica anterior) y en un flotador formado asimetricamente (destinado para usarse en la practica de la invencion);

La Figura 2 es una vista en seccion transversal sumamente simplificada de un WEC que incorpora la invencion;

La Figura 2A es una vista superior de un flotador asimetrico (elfptico) para usarse en la practica de la invencion;

La Figura 2B es una vista superior de un flotador asimetrico oblongo (cuadrado) para usarse en la practica de la invencion;

La Figura 2C es una vista isometrica de un flotador elfptico asimetrico y el mastil para usarse en la practica de la invencion;

La Figura 2A(1) es una vista superior simplificada e idealizada de un flotador asimetrico con su lado "largo" orientado para capturar las olas que se aproximan para la eficiencia de conversion de energfa aumentada (captura de energfa maxima) de acuerdo con la invencion;

Las Figuras 2A(2) es una vista superior simplificada e idealizada, de un flotador asimetrico con su lado "corto" orientado a encarar las olas que se aproximan bajo condiciones de tormenta para reducir las fuerzas a las que se somete el WEC; La Figura 3 muestra una comparacion de la conversion de energfa de las olas para un flotador circular (ver Figuras 1A o 1B) y un flotador elfptico (ver Figuras 2, 2A), con una relacion de aspecto de 1:4 en una configuracion de eje largo que encara las olas entrantes y en una configuracion "frontal" (eje largo paralelo las olas entrantes);

La Figura 4 es un diagrama de bloques simplificado de un sistema electromecanico para cambiar y controlar la orientacion de un flotador asimetrico;

La Figura 5 es un dibujo simplificado de un WEC que ilustra el uso de un sistema electromecanico para cambiar y controlar la orientacion de un flotador asimetrico;

Las Figuras 6A, 6B y 6C son diagramas sumamente simplificados de un aparato para controlar la orientacion de un flotador asimetrico de acuerdo con la invencion;

Las Figuras 7A, 7B y 7C son diagramas sumamente simplificados de diferentes flotadores asimetricos formados para controlar pasivamente la orientacion de los flotadores;

La Figura 8A es una vista superior de un flotador intercalado con un mastil;

La Figura 8B es un diagrama en seccion transversal sumamente simplificado de un mecanismo de amarre y anclaje para permitir que un flotador y un mastil del tipo mostrado en la Figura 8A giren conjuntamente; y La Figura 8C es una vista superior de la porcion sumergida del mastil de la Figura 8b por debajo del flotador que ilustra, ademas, el arreglo de amarre y anclaje para el WEC mostrado en las Figuras 8A y 8B.

Descripcion detallada de la invencion.

La Figura 2 es un diagrama en seccion transversal simplificado que ilustra que un WEC que incorpora la invencion incluye: (A) un flotador asimetrico 10; (b) un mastil 20; (c) una PTO 30 acoplada entre el flotador y el mastil para convertir su movimiento relativo en energfa util (por ejemplo, energfa electrica); y (d) un aparato 400 acoplado al flotador 10 para cambiar la orientacion de y/o hacer girar el flotador 10 como una funcion de ciertas condiciones de las olas y/o otras condiciones seleccionadas, tales como, por ejemplo, de mantenimiento.

El flotador asimetrico 10 se orienta normalmente de modo que su lado mas largo encara las olas entrantes cuando las amplitudes de las olas estan dentro de un intervalo "normal". Para la condicion donde la direccion de las olas entrantes cambia, el flotador asimetrico 10 se hace girar de modo que su lado mas largo sigue frente a las olas entrantes, manteniendo asf la captura de energfa mejorada. Sin embargo, cuando las amplitudes de las olas exceden el "intervalo normal", el flotador se reorienta de modo que su lado mas estrecho encara las olas entrantes.

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De acuerdo con un aspecto de la invencion, el flotador asimetrico 10 puede girarse (en incrementos o continuamente) como una funcion de un cambio en la direccion de las olas entrantes de manera que se mantiene su eje largo (o permanece) generalmente perpendicular a la direccion de las olas entrantes para mantener la eficiencia de produccion de energfa mejorada.

El flotador de forma asimetrica 10 puede tener una forma elfptica como se muestra en las Figuras 2A y 2C, o una forma rectangular "de caja" como se muestra en la Figura 2B, o puede tener cualquier numero de diferentes formas adecuadas. Los flotadores en forma asimetrica, contemplados para usarse en la practica de la invencion, tienen un lado ("eje") que es mayor (mas largo) que el otro lado. Como se muestra en las Figuras 2A, 2B y 2C, el lado ("manga") mas largo (o eje mas largo) del flotador tiene una dimension "L" y el lado ("cabeza") mas corto, o mas estrecho (o eje mas corto) tiene una dimension "W"; donde L es mayor que W. La longitud "L" puede expresarse como una funcion de kW; donde k es cualquier numero mayor que uno (1); y el lfmite superior en "k" es la viabilidad estructural del flotador. Cuando operativa, el flotador tiene superior e parte inferior superficies que se encuentran o extender a lo largo de, y generalmente paralelo a, la superficie de la masa de agua y el flotador sube y baja generalmente en fase con las olas. Cada una de las modalidades del flotador asimetrico proporciona los beneficios asociados con la presente invencion (es decir, la energfa aumentada en las olas operacionales, la sensibilidad disminuida a las olas de tormenta en condiciones de supervivencia).

En los sistemas que incorporan la invencion, el mastil 20 puede anclarse firmemente al fondo marino (como se muestra, por ejemplo, en la Figura 1A) o este puede permitirse moverse hacia arriba y hacia abajo en una direccion generalmente perpendicular a la superficie de la masa de agua (como se muestra, por ejemplo, en la Figura 1B).

La PTO 30 puede ser cualquier dispositivo de toma de fuerza acoplado entre el mastil y el flotador para la conversion de su movimiento relativo en energfa util (por ejemplo, energfa electrica). A modo de ejemplo la PTO puede ser del tipo de pinon y cremallera o un generador electrico lineal o cualquier otra PTO adecuada. Tenga en cuenta que, tfpicamente, una parte de la PTO se conecta al flotador y otra parte se conecta al mastil y que estas dos partes de la PTO deben interactuar (acoplarse) para producir la energfa util. Cuando el flotador se somete a rotacion, es imprescindible asegurar que se mantenga la integridad estructural de la PTO. Para ciertos tipos de dispositivos PTO, donde el mastil y el flotador se unen mecanicamente entre sf (e incluso donde estos se acoplan solo electromagneticamente) se requieren medios para: (a) desacoplar el mastil del flotador para permitir que el flotador se mueva en rotacion independientemente de, y con relacion a, el mastil; o (b) mantener el acoplamiento mecanico entre el mastil y el flotador mientras se proporciona un aparato de amarre para permitir que el mastil y el flotador giren conjuntamente.

Como se muestra en las Figuras, los WECs que incorporan la invencion incluyen un aparato 400 para controlar y cambiar la orientacion ("rotacion") del flotador 10. El aparato 400 puede ser pasivo o activo, como se discute mas abajo. A continuacion, se revisara mas a fondo la necesidad de cambiar la orientacion del flotador. La Figura 2A(1) muestra el flotador asimetrico 10 orientado de tal manera que su lado largo ("eje") es generalmente perpendicular a la direccion de las olas entrantes. Esta configuracion asegura que se obtenga mas energfa y se consiga mayor eficiencia de conversion de energfa para un amplio intervalo de olas de diferentes longitudes, en comparacion con los flotadores simetricos de la tecnica anterior (ver la Figura 3). Esta orientacion (es decir, como se muestra en la Figura 2A1) se destina a mantenerse siempre que las amplitudes de las olas esten dentro de un intervalo prestablecido. El intervalo prestablecido puede definirse como el intervalo "normal" de amplitudes de las olas para las cuales el WEC ha de operarse para la orientacion de la Figura 2A1. A manera de ejemplo, en el mar, donde el intervalo "normal" esperado de amplitudes de las olas es de hasta 5 metros, el WEC se disena para responder a, y operar y soportar las fuerzas resultantes de las olas de hasta 5 metros de amplitud. Asf, para el intervalo "normal" esperado de amplitudes de las olas, el WEC y su PTO 30 se disenan para funcionar y operar totalmente para la orientacion del flotador asimetrico representada en la Figura 2A1.

Como ya se indico anteriormente y como se ilustra en la Figura 3, la energfa (ver la forma de ola A) generada por un WEC que tiene un flotador asimetrico con su eje largo que encara (perpendicular a) las olas entrantes es mayor que: (a) la energfa (ver la forma de ola B) generada por un WEC que tiene un flotador simetrico de semejante area superficial; y/o (b) la energfa (ver forma de ola C) generada por el wEc con el flotador asimetrico cuando su eje corto encara las olas entrantes.

Sin embargo, cuando las amplitudes de las olas exceden el intervalo normalmente esperado para el cual se diseno el WEC a soportar (por ejemplo, hay una condicion de tormenta), las fuerzas que empujan el flotador y mastil (generalmente en direcciones opuestas) dan lugar a tensiones que pueden causar que el WEC (y la PTO) sufra danos irreparables. Tenga en cuenta que el flotador con forma asimetrica captura mas de las fuerzas de las olas y por lo tanto funciona para aumentar las fuerzas potencialmente destructivas a las que se someten el flotador y el WEC bajo condiciones de tormenta. Este problema ha limitado el desarrollo de WECs con flotadores asimetricos o su uso en un sistema de produccion de energfa de WEC confiable. Hay dos problemas basicos con el uso de flotadores asimetricos: (1) las tensiones aumentadas para condiciones de tormenta; y (2) mantener el lado largo del flotador perpendicular a las olas que se aproximan y mantener la estructura y operatividad de la PTO.

Los solicitantes reconocieron los problemas y disenaron un sistema en el que un flotador asimetrico: (1) puede girarse para realizar un seguimiento para maximizar el perfil del flotador que encara las olas entrantes para mejorar la captura

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de ene^a; y (2) puede girarse para reducir el perfil del flotador que encara las olas entrantes para superar el problema con las fuerzas excesivas que se presentan bajo condiciones de tormenta. Por lo tanto, para condiciones similares a la condicion de tormenta, el flotador se hace girar de modo que su porcion mas estrecha encara las olas entrantes como se muestra en la Figura 2A(2). En esta configuracion hay un area frontal disminuida presentada a las olas entrantes, lo que resulta en fuerzas disminuidas sobre el WEC. Esto es significativo en, y para, la capacidad de supervivencia del WEC.

Pero tenga en cuenta que existen condiciones bajo las cuales puede ser conveniente operar todavfa el WEC despues de la rotacion con una configuracion "cabeza-a-las-olas". Ejemplo: En olas de gran longitud la disminucion en el forcejeo de las olas es pequeno si se hace girar el flotador (pequena debido a que la ola es demasiado larga). Sin embargo, habra menos fuerza en los cojinetes, de manera que podna tener una mejora neta en energfa.

El aparato de control 400 comprende el medio para cambiar y controlar la orientacion del flotador 10. El aparato 400 puede ser un sistema activo o un sistema pasivo o un sistema tnbrido. Ademas, el aparato 400 puede disenarse para hacer que el flotador 10 gire de forma incremental o de manera continua en un amplio intervalo angular.

Una modalidad del aparato se muestra en forma de bloque sumamente simplificado en la Figura 4. Varias condiciones de las olas pueden detectarse y procesarse, y en base a la informacion procesada y los datos predeterminados, el flotador y/o el mastil pueden girarse para reorientar el flotador con respecto a la direccion de las olas entrantes.

La Figura 4 ilustra que pueden usarse muchos sensores diferentes para detectar la condicion de las olas y proporcionar sus senales a un controlador 430. A modo de ejemplo:

(a) un sensor de estado del mar 402 que detecta el movimiento diferencial entre el mastil y el flotador puede usarse para proporcionar senales al controlador; o

(b) un acelerometro 404 sensible al movimiento diferencial del mastil y el flotador puede usarse para proporcionar senales al controlador; o

(c) un receptor 406 sensible a fuentes satelitales u otras fuentes externas puede usarse para proporcionar senales relacionadas con las olas (o cualquier otra condicion del sistema) al controlador; o

(d) un perfilador doppler acustico 408 o una boya de control de las olas puede usarse para suministrar senales relacionadas con las olas (o cualquier otra condicion del sistema) al controlador 430; o

(e) una boya de control de las olas auxiliar 410 puede usarse para detectar y suministrar senales al controlador.

En la Figura 4 se muestra un procesador de sensores de las olas 420 conectado entre los diferentes sensores de las olas y el controlador 430. Tenga en cuenta que esto es solo a manera de ejemplo, y que practicamente cualquier tipo adecuado de sensor y procesador de las olas puede usarse para practicar la invencion. Las senales de los diferentes sensores pueden suministrarse directamente o mediante una conexion inalambrica al controlador 430. Aunque no se muestra explfcitamente, se apreciara que los sensores y sus senales puedan acoplarse o suministrarse al procesador/controlador 430 mediante una conexion inalambrica, o una conexion cableada, o mediante el uso de una comunicacion a la red en tierra. Tambien algunas senales, tales como las condiciones de las olas, o comandos pueden suministrarse al procesador 420 o controlador 430 por un pronostico del tiempo/de ola externo (remoto o satelital).

En respuesta a las senales de condicion de las olas recibidas, el controlador 430 suministra una senal de comando a un accionador de motor 440 que se acopla al flotador y/o al mastil para hacer que el flotador y/o el mastil giren a una nueva posicion para hacer que el WEC produzca mas energfa o para reducir las fuerzas a las que se somete el WEC con el fin de aumentar su capacidad de supervivencia. El sistema de la Figura 4 proporciona un mecanismo activo para: (a) hacer girar el flotador asimetrico independientemente del mastil (por ejemplo, cuando el flotador puede desacoplarse del mastil); y/o (b) hacer girar el flotador y el mastil conjuntamente (por ejemplo, donde estos se adecuan entre sf para evitar la rotacion relativa entre el mastil y el flotador mientras que permiten el movimiento relativo hacia arriba y hacia abajo con relacion entre sr

Como se senalo anteriormente, el control de orientacion 400 puede usarse para hacer girar el flotador en una base continua en el caso de que la direccion de las olas entrantes cambia con el fin de capturar mas (o menos) de las olas entrantes. Tambien hay que senalar que el flotador tambien puede hacerse girar mediante el control 400 de ser necesario para fines de mantenimiento.

El sistema de control que se muestra en la Figura 4 puede usarse para controlar el flotador asimetrico del WEC que se muestra en la Figura 5. La Figura 5 ilustra que puede proporcionarse un elemento 105 que incluye cojinetes lineales que se mueven hacia arriba y hacia abajo del eje 20. El elemento 105 tambien incluye cojinetes rotacionales alrededor de los cuales puede hacerse girar el flotador elfptico 10 de acuerdo con la invencion. El elemento 105 contiene dentro de el una parte o toda la PTO 30. Esto evita la necesidad de la PTO de soportar los componentes giratorios del flotador/mastil. La rotacion del flotador se lleva a cabo alrededor del elemento 105. Puede haber un controlador de rotacion 400 situado en el interior del flotador.

Otro metodo para posicionar mecanicamente un flotador 10 se muestra en las Figuras 6A, 6B, y 6C. Este metodo se basa en el cambio de la configuracion de patas de amarre para cambiar la orientacion del WEC. Las Figuras 6A y 6B

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muestran el WEC en la configuracion operacional, de manera que el eje largo del flotador 10 es perpendicular a la direccion de incidencia de las olas. La Figura 6B es una vista desde arriba. Cada una de las dos patas de amarre "de arriba" 630 incluye un ancla 604, lmeas de amarre 603, boyas de superficie auxiliares (ASBs) 602. Existe un mecanismo 600 en una o mas de las lmeas de amarre 603. El mecanismo 600 puede hacer que la pierna de amarre a la que este se une para aumentar o disminuir en longitud, lo que tendra el efecto de hacer que el flotador 10 gire. La manera en que un cambio en la longitud de la lmea de amarre 603 dara lugar a la rotacion del WEC se indica mediante las diferentes configuraciones que se muestran en la Figura 6C y la Figura 6B.

Si el flotador se amarra mediante lmeas de amarre, como se muestra en la Figura 6, entonces un medio para cambiar la orientacion del flotador con un metodo pasivo consiste en hacer que el mecanismo de amarre 600 permita el movimiento de la lmea de amarre 603 si la tension excede un nivel predeterminado. El movimiento de la lmea de amarre 603 dara lugar a la rotacion del flotador de manera que el flotador se coloca en la orientacion deseada con relacion a las olas. Para que la rotacion se lleve a cabo de acuerdo con la invencion, solo un mecanismo de amarre 600 necesita disponer de una capacidad de pago pasiva.

Otras estructuras para permitir que la orientacion del flotador cambie, se muestran en las Figuras 7A, 7B y 7C. Estas estructuras permiten el uso de medios pasivos (y generalmente automaticos) para orientar y/o reorientar el flotador. En estas modalidades, cada flotador puede amarrarse mediante un mecanismo de cojinetes 105. De ser asf, entonces los flotadores asimetricos tales como los que se muestran en las Figuras 7A, 7B, o 7C pueden hacerse autoorientarse pasivamente al permitir que el mecanismo de cojinetes gire libremente.

La Figura 7A muestra un WEC que tiene un flotador asimetrico 10 al que se une una aleta, o paleta, 170, para provocar, de manera pasiva, una rotacion (reorientacion) del flotador bajo condiciones de tormenta. Un mastil/eje 20 y un conjunto de cojinetes giratorios 105 se situan en el centro del flotador. La paleta 170 puede ayudar con la orientacion pasiva del flotador bajo condiciones de tormenta. Bajo condiciones de las olas "normales", la paleta 170 no afectara significativamente la operacion y/o la orientacion del flotador 10. La paleta 170 simplemente se movera hacia arriba y hacia abajo con el flotador, y no tendra interacciones hidrodinamicas significativas. En condiciones de tormenta, si las olas inciden de tal manera que las crestas son paralelas con el eje mas largo del flotador (que no es la orientacion deseada), entonces habra una fuerza grande en la paleta 170 que tendera a hacer que el flotador 10 gire de manera que la paleta se oriente lejos de la direccion de las olas entrantes. Esto hara que el flotador 10 gire a la orientacion deseada para las condiciones de tormenta. Debe apreciarse que este mecanismo puede usarse para posicionar correctamente el flotador de manera pasiva, o puede usarse para ayudar a un mecanismo de posicionamiento mecanico, o podna servir como un metodo infalible para posicionar el flotador en el caso de un fallo de un mecanismo (activo) de posicionamiento mecanico.

La Figura 7B muestra una modalidad en la que el eje central 20, y el cojinete giratorio 105 no se centran en el flotador. El desplazamiento se destina a ayudar a orientar el flotador en condiciones de tormenta como un mecanismo de posicionamiento pasivo como se discutio para el flotador que se muestra en la Figura 7A.

La figura 7C muestra una modalidad en la que el flotador 10 no es simetrico alrededor del eje central 20. El flotador es conico que tiene un mayor ancho en un extremo y luego disminuye hasta una punta en su otro extremo. Esta modalidad se destina para proporcionar los beneficios de tener un eje mas largo y mas corto y el beneficio de la orientacion pasiva, pero con una mejora sobre la forma indicada en la Figura 7B. La modalidad mostrada en la Figura 7B puede tener relativamente grandes cargas de cojinetes en el eje central 20 en condiciones operacionales. Estas grandes cargas de cojinetes se producen debido a que el area de flotacion (y por lo tanto la fuerza boyante) en un lado del eje central es mucho mayor que en el otro. La modalidad mostrada en la Figura 7C se destina a tratar esta distribucion de cojinetes.

Las Figuras 8A y 8B ilustran un WEC que tiene un mastil 20 intercalado con un flotador 10 de tal manera que estos pueden moverse hacia arriba y hacia abajo (en balanceo vertical) con relacion entre sf, mientras que preven cualquier movimiento de rotacion significativo del mastil con relacion a flotador. Para esta configuracion, es poco practico, si no imposible desacoplar el flotador y el mastil. Por lo tanto, cuando el flotador se hace girar para optimizar la eficiencia de conversion de energfa, es necesario que el mastil tambien gire junto con el flotador. Las Figuras 8B y 8C ilustran un mecanismo de amarre y anclaje que permite que el mastil gire junto con el flotador mientras que previene que el WEC se vaya a la deriva. Como se muestra en la Figura 8B, una PTO 30 conectada entre el flotador y el mastil puede, en todo momento, convertir su movimiento hacia arriba/abajo en energfa electrica. El control de rotacion 400 se acopla al flotador y/o mastil para hacer que estos giren al umsono. El mastil puede girar pero se mantiene en su lugar en una direccion vertical por medio de un manguito 801 mostrado que se extiende mas abajo del flotador y a lo largo de una porcion sumergida del mastil. Las Figuras 8B y 8C muestran 3 anclajes 803 unidos al manguito 801 para mantenerlo en su lugar. La porcion inferior del mastil se muestra para terminarse en una placa 805 que puede funcionar como una placa de oscilacion y para contener el manguito por encima de una cierta parte del mastil. El mecanismo de amarre y anclaje particular mostrado en las Figuras es para propositos de ilustracion y puede usarse cualquier otro arreglo adecuado que permita que el mastil gire junto con el flotador.

Claims (18)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   65

   Reivindicaciones

   1. Un convertidor de ene^a de las olas (WEC) que comprende:

   un flotador de forma asimetrica (10) que tiene una longitud (L) y un ancho (W), en donde la longitud, L, es mayor que el ancho, W, y un mastil (20), donde el mastil y el flotador se mueven con relacion entre sf como una funcion de las olas;

   un dispositivo de toma de fuerza (PTO) (30) acoplado entre el flotador asimetrico y el mastil para convertir su movimiento relativo en energfa util; y

   un aparato (400) acoplado al flotador para controlar y cambiar la orientacion del flotador como una funcion de al menos una de la direccion y la amplitud de las olas, caracterizado en que el aparato incluye medios para orientar el lado mas largo del flotador a encarar las olas que se aproximan cuando la amplitud de las olas esta por debajo de una amplitud predeterminada y para reorientar el flotador de modo que su lado mas estrecho encara las olas entrantes cuando la amplitud de las olas esta por encima de un nivel predeterminado.
2. 2. Un convertidor de energfa de las olas (WEC) como se reivindico en la reivindicacion 1,

   en donde dicho flotador (10) tiene superficies superior e inferior que se extienden a lo largo de un plano generalmente paralelo a la superficie de una masa de agua y dicho flotador se mueve hacia arriba y hacia abajo generalmente en fase con las olas presentes en la masa de agua; y

   en donde dicho mastil (20) se extiende en una direccion generalmente perpendicular a la superficie de la masa de agua y dicho mastil es estacionario o se mueve diferencialmente con relacion al flotador.
3. 3. Un convertidor de energfa de las olas (WEC) como se reivindico en la reivindicacion 1, en donde dicho aparato incluye medios (402, 404, 406, 408, 410) para detectar la amplitud de las olas; y en donde, para la amplitud de las olas que es menor que un valor predeterminado, el lado largo del flotador se orienta a encarar las olas entrantes; y en donde, para la amplitud de las olas que es mayor que un valor predeterminado, el lado mas estrecho del flotador se orienta a encarar las olas entrantes y el lado mas largo se orienta en una posicion generalmente paralela a las olas que se aproximan.
4. 4. Un convertidor de energfa de las olas (WEC) como se reivindico en la reivindicacion 1, en donde dicho aparato incluye medios para detectar la direccion de las olas; y en donde, dichos medios (400) para controlar la orientacion del flotador incluye medios para mantener el lado largo del flotador orientado a encarar las olas entrantes cuando su direccion cambia.
5. 5. Un convertidor de energfa de las olas (WEC) como se reivindico en la reivindicacion 1, en donde dicho aparato para orientar el flotador incluye uno de los medios activos y medios pasivos para hacer girar el flotador.
6. 6. Un convertidor de energfa de las olas (WEC) como se reivindico en la reivindicacion 3, en donde dicho aparato para orientar el flotador incluye medios activos para hacer girar el mastil y el flotador.
7. 7. Un convertidor de energfa de las olas (WEC) como se reivindico en la reivindicacion 3, en donde dicho aparato para orientar el flotador incluye medios pasivos para hacer girar el flotador y tambien el mastil.
8. 8. Un convertidor de energfa de las olas (WEC) como se reivindico en la reivindicacion 1, en donde dicho flotador de forma asimetrica tiene una de las formas generalmente elfptica y rectangular.
9. 9. Un convertidor de energfa de las olas (WEC) como se reivindico en la reivindicacion 1, en donde el valor de L es igual a kW, donde k es cualquier numero mayor que uno (1) y en donde la longitud L del flotador se selecciona para que sea una fraccion de las longitudes tfpicas de las olas donde se encuentra el WEC.
10. 10. Un convertidor de energfa de las olas (WEC) como se reivindico en la reivindicacion 1, en donde dicho aparato para orientar el flotador incluye medios activos para hacer girar el flotador que tambien incluye un mecanismo de deteccion de la amplitud de las olas para suministrar senales correspondientes a un procesador de senal (420) y un controlador (430) para operar un sistema electromecanico (440) acoplado al flotador para controlar su orientacion.
11. 11. Un convertidor de energfa de las olas (WEC) como se reivindico en la reivindicacion 1, en donde dicho aparato para orientar el flotador incluye una aleta (170) unida a la parte larga del flotador para extender de manera efectiva la longitud del flotador.
12. 12. Un convertidor de energfa de las olas (WEC) como se reivindico en la reivindicacion 1, en donde dicho aparato para orientar el flotador incluye montar el flotador con relacion al mastil de manera que el centro del flotador se encuentra descentrado con relacion al mastil.
13. 13. Un convertidor de energfa de las olas (WEC) como se reivindico en la reivindicacion 1, en donde el flotador asimetrico se forma de tal manera que el ancho del flotador es conico para variar a lo largo de su longitud, siendo mas ancho en un extremo y mas estrecho en su otro extremo.

    10

    15

    20

    25
14. 14. Un convertidor de ene^a de las olas (WEC) como se reivindico en la reivindicacion 1, en donde dicho mastil y flotador se intercalan de manera que el mastil y el flotador giran al umsono.
15. 15. Un convertidor de energfa de las olas (WEC) como se reivindico en la reivindicacion 14, en donde un sistema de anclaje y amarre se acopla al mastil para permitir que este gire y se mueva hacia arriba y hacia abajo al tiempo que evita el desplazamiento lateral excesivo.
16. 16. Un convertidor de energfa de las olas (WEC) como se reivindico en la reivindicacion 15, en donde el sistema de anclaje y amarre incluye un manguito montado alrededor de una porcion sumergida del mastil y medios conectados al manguito para anclarlo al fondo del mar.
17. 17. Un metodo para operar un convertidor de energfa de las olas (WEC), que tiene un flotador y un mastil que se mueven con relacion entre sf y un dispositivo de toma de fuerza (PTO) conectado entre el flotador y el mastil para convertir su movimiento relativo en energfa util, con el fin de aumentar su capacidad de generacion de energfa y su capacidad de supervivencia que comprende los etapas de:

    seleccionar el flotador que sea un flotador asimetrico en donde un lado sea mas largo que el otro; orientar el flotador de modo que su lado mas largo encare las olas entrantes cuando las amplitudes de las olas esten por debajo de un valor predeterminado con el fin de aumentar su capacidad de produccion de energfa; y orientar el flotador de modo que su lado mas largo sea generalmente paralelo a las olas entrantes y su lado mas corto encare las olas entrantes cuando las amplitudes de las olas esten por encima de un valor predeterminado para reducir las fuerzas a las que se somete el flotador.
18. 18. Un metodo para operar un WEC como se reivindico en la reivindicacion 17, en donde las etapas de orientar el flotador incluyen detectar la amplitud de las olas mediante un medio de procesamiento de senales e incluye la etapa de procesar senales que corresponden a la amplitud detectada para determinar la orientacion del flotador.