ES2682600T3 - Generador de energía de las olas - Google Patents

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Abstract

Un generador de conversión en energía útil de un movimiento de las olas en una masa de agua, comprendiendo el generador: un medio (1, 16) de flotación que puede desplazarse en respuesta a dicho movimiento de las olas; un miembro (2) de reacción sumergido que presenta una flotabilidad ajustable y al menos dos configuraciones de flotación, estando dicho miembro de reacción sumergido conectado a dicho medio de flotación y presentando una inercia y / o un arrastre para ofrecer resistencia al movimiento de dicho medio de flotación provocado por dicho movimiento de las olas; un medio para permitir el movimiento relativo entre dicho miembro de reacción sumergido y dicho medio de flotación; un medio (5) de conversión de energía para convertir dicho movimiento relativo en dicha energía útil; y un medio de empuje, por ejemplo un resorte (6), para empujar direccionalmente dicho miembro de reacción sumergido con respecto a dicho medio de flotación, siendo el medio de empuje parcialmente superado por el peso suspendido del miembro de reacción sumergido; caracterizado porque en una configuración de flotación mínima, el miembro de reacción sumergido está suspendido del medio de flotación mediante una línea (3) de conexión flexbible a una profundidad regulada por la longitud de la línea de conexión, y en una configuración de flotación máxima el miembro de reacción sumergido flota sobre la superficie de dicha masa de agua, el miembro de reacción sumergido; (i) estando conformado para procurar la resistencia al desplazamiento a lo largo de un eje geométrico sustancialmente perpendicular a la superficie de la masa de agua; (ii) incluyendo un casco (17) aerodinámico para permitir una disposición de remolque estable en la configuración de flotación máxima para remolcar el generador a través de la masa de agua; (iii) incluyendo un puente (18) de servicio estable que está provisto de una disposición de amarre para dicho flotador, estando configurada la disposición de amarre para asegurar dicho flotador en una posición amarrada sobre el puente de servicio; y (iv) incluyendo un espacio interior que puede ser selectivamente cargado de agua o de aire para permitir la flotación ajustable.

Description

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DESCRIPCION
Generador de energfa de las olas
La presente invencion se refiere a generadores que pueden ser utilizados para extraer ene^a de las olas (o undimotriz) de una masa de agua para convertir dicha ene^a en ene^a util.
En los ultimos anos, se ha producido un interes creciente acerca de la necesidad de explotar la energfa renovable de forma que contribuya de manera considerable a la produccion de energfa global. Una combinacion de objetivos gubernamentales, representacion de medios de los problemas asociados de energfas no renovables, y los costes energeticos siempre en alza han creado un poderoso impulso para el desarrollo de los sistemas de energfa renovable.
Son conocidos los impactos negativos de los combustibles fosiles sobre nuestro entorno, como son los problemas y los elevados costes asociados con la energfa nuclear. Por otro lado, la explotacion de la enorme abundancia natural de energfa renovable se ve limitada simplemente por nuestra capacidad de dominarla y suministrarla a un precio economicamente viable.
Una fuente potencial de energfa renovable es la energfa de las olas - un recurso energetico abundante y constante disponible en todos los grandes oceanos y mares del mundo. Han surgido diversos dispositivos de generacion de energfa de las olas como procedimiento potencial de captar esta energfa, sin embargo, los actuales dispositivos presentan muchas limitaciones sin que ningun dispositivo ofrezca la capacidad demostrada de explotar de manera fiable a largo plazo de fuentes disponibles.
Los disenos existentes de generacion de electricidad a partir de la energfa de las olas pueden dividirse en seis categonas principales. Atenuadores de flotacion, convertidores del olejaje, dispositivos oscilatorios de columnas de agua, dispositivos de submersion, de diferencial de presion y absorbedores puntuales. La mayona de estas pueden o bien ser flotantes o estar instaladas sobre el lecho marino. Hay tambien otros tipos de dispositivos que no son faciles de encuadrar, siendo ejemplos de estos estructuras o rotores flexibles que son giradas directamente por las olas. Cada uno de estos diferentes sistemas presenta ventajas e inconvenientes.
Los atenuadores son dispositivos con unos cuerpos flotantes conectados a unas juntas articuladas. Cuando las olas pasan por debajo del dispositivo estos cuerpos se alinean de manera independiente bien con unos picos o unas depresiones provocando que el dispositivo se flexione alrededor de las juntas articuladas. Las juntas articuladas pueden ser forzadas por los convertidores de energfa a convertir la flexion de las juntas en energfa util.
Los atenuadores presentan las ventajas de ser faciles de concebir y construir, al tiempo que son razonablemente faciles de transportar a traves de la superficie del mar en cuanto la entera estructura esta disenada para ser flotante. Asf mismo, son en general faciles de instalar y mantener en cuanto las piezas de trabajo de los dispositivos son facilmente accesibles.
Sin embargo, hay inherentes desventajas respecto de los atenuadores. Debido a que las olas del oceano tipicamente presentan unas longitudes de onda en la region de varias decenas de metros, los atenuadores tienen que ser extremadamente largos para facilitar que los diferentes cuerpos se alineen con picos y depresiones alternadas. De modo similar, un atenuador puede funcionar con una eficacia optima en un unico conjunto de longitud de onda como resultado de la separacion de los cuerpos. Cuando la longitud de onda se desplaza con respecto a este valor optimo, la eficacia decae. Asf mismo, los atenuadores tienen que estar alineados en la direccion de las olas y si la direccion de la marejada vana de manera considerable respecto del eje geometrico del dispositivo, entonces de nuevo la eficacia decaera considerablemente. La supervivencia tambien es una circunstancia negativa en estos dispositivos en cuanto la entera maquina esta sobre la superficie y expuesta a tormentas, constituyendo las juntas entre los cuerpos una debilidad espedfica. Un ejemplo de un dispositivo que incluye un atenuador se divulga en el documento WO 0017519.
Los absorbedores puntuales son de construccion bastante dispar pero generalmente comprenden un desplazador flotante que es desplazado por las olas y un reactor relativamente fijo. El desplazamiento relativo entre el desplazador y el reactor queda entonces constrenido por un convertidor de energfa para generar energfa. Los absorbedores puntuales ofrecen las ventajas genericas de ser flexibles en cuanto a su posicion y pueden absorber la energfa de las olas procedente de todas las direcciones. Los inconvenientes tienden a estar asociados con los tipos espedficos.
Algunos absorbedores puntuales son dispositivos completamente flotantes que incorporan un reactor integrado que posibilita que autorreaccionen. Esto tiene la ventaja de que el dispositivo sea razonablemente facil de transportar e instalar. Los autorreactores a menudo adoptan la forma de anclas marinas con una gran area de superficie contra la cual puede cabecear un desplazador de superficie. Otro procedimiento de autorreaccion es un peso suspendido que resuena en respuesta al movimiento periodico del desplazador provocado por las olas.
El inconveniente de los dispositivos autorreactivos existentes es que el convertidor de energfa esta generalmente situado sobre la superficie con el resto del dispositivo y, por tanto, esta expuesto a danos derivados de las
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tormentas. Los absorbedores puntuales resonantes han anadido el inconveniente de presentar una unica frecuencia optima de resonancia o, en otro caso, incorporar mecanismos de sintonizacion variables con la complejidad y coste suplementario consiguientes.
Algunos dispositivos absorbedores puntuales incorporan el reactor situado sobre el lecho marino. Esto tiene la ventaja de disponer una plataforma de reaccion virtualmente inmovil y cualquier parte del dispositivo situada sobre el lecho marino esta protegida contra los danos derivados de las tormentas en superficie. El aspecto negativo de este sistema es que los dispositivos basados en el lecho marino son diffciles y, por tanto, costosos de instalar y mantener. Un ejemplo de un dispositivo de absorbedores puntuales resonantes, autorreactivos se divulga en WO 1096738.
Los convertidores de oleaje explotan el movimiento de alante atras de las olas para generar energfa. Tfpicamente comprenden una gran pala sobre una junta de basculacion que es empujada y traccionada por el impulso y constrenida por un convertidor de energfa. Las ventajas de los convertidores de impulsos son que son faciles de concebir y construir.
Los generadores de oleaje efectivamente presentan, sin embargo, varios inconvenientes. En general solo son eficaces en agua poco profunda en cuanto el movimiento circular de las olas del oceano abierto es solo convertido en oleaje una vez que la profundidad del agua se reduce de modo considerable. Asf mismo, requieren de una base para ser fijados firmemente al lecho marino de manera que el entero dispositivo no resulte barrido junto con el oleaje. Asf mismo, estan potencialmente expuestos a las olas rompedoras y, como resultado de ello, la supervivencia es un problema grave. Un ejemplo de un dispositivo convertidor de oleaje se divulga en el documento WO 2006100436.
Los dispositivos oscilantes de columna de agua utilizan una estructura hueca parcialmente sumergida que engloba una columna de aire sobre la parte superior de una columna de agua. La columna esta abierta al mar por debajo de la lmea de agua, haciendo posible que la influencia de las olas entre en la estructura y provoque que la columna de agua suba y baje, lo cual, a su vez, provoca que la columna de agua siga. Se permite que la columna de agua fluya hacia y desde por medio de una turbina que genera energfa. La turbina es generalmente una turbina Wells bidireccional de manera que pueda continua rotando de la misma manera tanto con la elevacion como con la cafda de las olas. La mayona de los dispositivos de columna de agua oscilante son construidos dentro de las paredes o acantilados del mar pero tambien pueden ser construidos en estructuras flotantes fuera de la costa.
Los dispositivos de columna de agua oscilante tienen la ventaja de que el unico componente utilizable, la turbina, esta fuera del agua y, por tanto, es de facil acceso y mantenimiento. Tambien pueden adaptarse adecuadamente a ser construidos en estructuras tipo rompeolas de una manera rentable.
Hay, sin embargo, algunos inconvenientes significativos em los dispositivos de columna de agua oscilante. El uso de aire para operar la turbina significa que se sacrifica una considerable eficacia utilizando un medio comprimible de baja densidad para operar la turbina. Las estructuras de anclaje en la orilla estan solo expuestas a unas energfas de las olas relativamente bajas en cuanto las grandes olas se romperan y se expandiran antes de que lleguen a la orilla. Los dispositivos fuera de la costa tienen que ser extremadamente grandes con el fin de que el dispositivo permanezca relativamente fijo sobre las olas, y presentan, asf mismo, un considerable volumen por encima de la superficie lo que las hace propicias a recibir danos derivados de tormentas y constituyen un peligro para el transporte mantimo. Un ejemplo de un dispositivo de columna de agua oscilante se divulga en el documento GB 2250321.
Los dispositivos de submersion funcionan mediante la creacion de un deposito del agua por encima del nivel del mar que es llenado con olas que ffsicamente fluyen hacia una rampa hasta el interior de aquel. Entonces este deposito se deja drenar a traves de un canal que contiene una turbina. A menudo se utilizan unos colectores para concentrar las olas en el deposito, mejorando la captacion de energfa. Los dispositivos de submersion pueden construirse en la orilla del mar o ser dispositivos flotantes situados fuera de costa.
Los dispositivos de submersion tienen la ventaja de que la potencia de salida es suavizada por el deposito que elimina los radios que tienen que ser gestionados por otros dispositivos.
Las dificultades de los dispositivos de submersion son similares a los de los dispositivos de columna de agua oscilante. Los dispositivos anclados en la orilla no estan expuestos a la energfa de las grandes olas, aunque los dispositivos fuera de costa tienen que ser muy grandes para ser eficaces y, por tanto, son vulnerables a las tormentas plantean una amenaza para la circulacion mantima. Los dispositivos fuera de costa presentan tambien el problema de hacer coincidir la altura de la rampa con la altura de las olas: si la rampa es demasiado grande, entonces el dispositivo no es capaz de captar ningun tipo de energfa por debajo de las condiciones de las pequenas olas, si la rampa es demasiado pequena entonces las grandes olas seran repelidas por el dispositivo y la energfa se perdera. Un ejemplo de un dispositivo de submersion flotante se divulga en el documento WO 2008149048.
Los dispositivos sumergidos de diferencial de presion funcionan mediante la explotacion del cambio de la presion hidrostatica bajo el agua provocada por el agua que pasa por encima. Estos dispositivos generalmente comprenden una camara comprimible que se desplaza en respuesta al diferencial de presion que experimenta cuando las olas
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pasan por encima, constrinendose el movimiento mediante un convertidor de ene^a para generar energfa. Tambien estan normalmente construidos sobre el lecho marino en aguas bastantes superficiales en cuanto ello provoca que las olas se eleven y creen un cambio del porcentaje de la presion considerable.
Las ventajas de los dispositivos sumergidos de diferencial de presion son que estan protegidos de los danos producidos por las tormentas al quedar situados sobre el lecho marino y pueden generar energfa con olas procedentes de cualquier direccion.
Sin embargo, los dispositivos sumergidos de diferencial de presion ofrecen inconvenientes notorios. Para que el diferencial de presion provocado por las olas ofrezca una porcion considerable de la porcion total, la cual, a su vez, permite unas compresion y expansion considerables de una camara comprimible, la profundidad del agua en la que esta situado tiene que ser razonablemente escasa, pero, si es demasiado proco profundo, el dispositivo quedara expuesto a las rompeolas. Por tanto, el lfmite de la profundidad apropiada para los dispositivos de diferencial de presion es extremadamente limitado. Los dispositivos sumergidos de diferencial de presion tambien necesitan estar situados y anclados al suelo marino lo que incrementa en gran medida el coste de instalacion y el mantenimiento. Un ejemplo de un dispositivo sumergido de diferencial de presion se divulga en el documento WO 2008149084.
Es evidente que los dispositivos conocidos de energfa de las olas siguen presentando inconvenientes considerables los cuales, como mucho se manifiestan en un coste incrementado de la energfa producida. En el peor de los casos, algunos de los dispositivos resultaran completamente inapropiados para el entorno marino y nunca seran practicos.
De los dispositivos conocidos, los absorbedores puntuales flotantes parecen ofrecer a solucion menos problematica a la accion de la energfa procedente de las olas oceanicas. Las ventajas de ser flexibles en cuanto a su posicionamiento, sencillos de instalar, de facil mantenimiento y razonablemente transportables, y razonablemente supervivientes hace que estos dispositivos tengan las mayores probabilidades de poder satisfacer el vacfo de la extraccion del mar, de energfa de manera fiable.
Sin embargo, los dispositivos de absorbedores puntuales flotantes actualmente disponibles distan de constituir una solucion optima. Presentan una estructura de tamano considerable sobre la superficie del mar la cual es propensa a recibir danos derivados de las tormentas, plantean una amenaza a la circulacion mantima y pueden crear unos atentados esteticos. Su transportabilidad es una mejora respecto de diversos tipos de dispositivos pero podnan todavfa mejorar en gran medida.
Un dispositivo de absorberdores puntuales que mitiga los inconvenientes expuestos representana una solucion superior a los problemas implicados mediante la extraccion de una energfa util a partir de las olas marinas u oceanicas.
Dicho dispositivo mejorado debe satisfacer los siguientes criterios: debe ser de construccion sencilla y de fabricacion rentable;
debe ser muy facil de transportar de manera que la unica o multiples unidades puedan ser transportadas facilmente y de manera rentable hasta grandes distancias;
debe ser muy facil de instalar con un procedimiento sencillo de instalacion sobre la superficie del mar para instalar las lmeas de anclaje y una energfa umbilical;
debe ser de mantenimiento sencillo y de mantenimiento sobre el terreno y tiene que ser facilmente desmontable del terreno para llevar a cabo un mantenimiento importante;
debe ser facilmente retirable del servicio de manera que no existan costes inesperados al final de la vida util de trabajo del dispositivo;
debe sobrevivir al entorno marino y a las tormentas extremas a la que puede quedar sometido, de modo preferente, mediante la inclusion de ninguna estructura considerable sobre o cerca de la superficie del mar;
no debe plantear una amenaza a la circulacion marina o crear un impacto visual significativo al incorporar estructuras grandes y duras sobre la superficie del mar;
debe incluir un mecanismo de captacion de energfa sencillo y eficiente;
debe poder absorber la energfa de las olas procedente de cualquier direccion;
debe poder situarse en varias profundidades de agua incluyendo agua muy profunda; y
no debe plantear ninguna amenaza a la vida marina en su funcionamiento, y su instalacion y retirada deben suponer una minima perturbacion al lecho marino.
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Se han divulgado con anterioridad tentativas para resolver algunos de los problemas expuestos. Por ejemplo, el documento US 7245041 divulga un dispositivo en el que una serie de flotadores operados por las olas suspenden un ciguenal comun con un resorte que empuja cada flotador. La masa del ciguenal comun y que rodea la carcasa ofrece resistencia al movimiento de los flotadores pero no existe ningun procedimiento mediante el cual su inercia puede ser incrementada en mayor medida, o un medio mediante el cual el dispositivo pueda alcanzar una configuracion de transporte adecuada.
El documento AU 5581273 divulga un dispositivo de absorbedores puntuales que incluye un miembro de reaccion submarino que puede ser llenado de agua para incrementar su inercia. Sin embargo, el miembro de reaccion no es empujado hacia el flotador y no hay forma alguna de que el dispositivo consiga una configuracion de transporte conveniente.
El documento JP 55125364 divulga un dispositivo de absorbededores puntuales con un miembro de reaccion de placa plana que puede ser acoplado de manera amovible a un flotador de servicio y constrenido por un generador lineal. Sin embargo, la inercia del miembro de reaccion no puede ser incrementada si el dispositivo no presenta una configuracion de transporte conveniente.
El documento US 6229225 divulga un dispositivo de impulsos submarinos en el que un convertidor de energfa es empujado por un resorte. Sin embargo, el dispositivo esta constrenido mediante el anclaje al lecho marino y, por tanto, es muy dificil de instalar y mantener.
Los documentos EP 0265594 y WO 2008130295 divulgan unos dispositivos de absorbedores puntuales en los cuales un convertidor de energfa es empujado por un resorte. Dichos dispositivos estan constrenidos por un anclaje sobre el lecho marino y, por tanto, son muy diffciles de instalar y mantener.
De acuerdo con la invencion, por tanto, se proporciona un generador de olas de acuerdo con la reivindicacion 1. El generador de olas de acuerdo con la invencion es, de modo ventajoso, un dispositivo de absorbedores puntuales que comprende un cuerpo de reaccion submarino sumergible que esta suspendido de un cuerpo flotante mediante una lmea de conexion. Un convertidor de energfa y un medio de empuje (por ejemplo un medio de retorno elastico) generalmente operan entre la lmea de conexion y el cuerpo de reaccion; estan generalmente montados sobre el cuerpo de reaccion. El cuerpo de reaccion sumergible esta suspendido a una altura suficiente para asegurar que este bajo la influencia de las olas sobre la superficie marina. Por tanto, el movimiento de cabeceo arriba y abajo del flotador de desplazamiento provocado por las olas se traduce en un movimiento en vaiven relativo, entre los dos cuerpos que puede ser explotado por el convertidor de energfa. Con el fin de aprovechar la fuerza de vaiven generada por el cuerpo de flotacion o por el flotador de superficie, el convertidor proporciona una carrera de trabajo por medio de la cual puede operar. Cuando la superficie marina es plana, el resorte y el convertidor de energfa descansaran en una posicion neutra de media carrera en la que el peso del cuerpo de reaccion sea igual a la fuerza de resorte. La carrera suministrada en cada lado de la posicion neutra define la carrera de trabajo del sistema.
Cuando las olas transmiten un movimiento sobre el cuerpo de flotacion o sobre el flotador de superficie, el movimiento es transferido al resorte y al convertidor de energfa mediante la lmea de conexion. El resorte mantiene la tension en la lmea de conexion y hace posible que el convertidor de energfa trabaje sobre la carrera corriente abajo mediante la acumulacion de energfa sobre la carrera corriente arriba.
El miembro de reaccion sumergible cumplimenta su funcion de proporcionar una plataforma sobre la cual el flotador pueda cabecear al poder ser llenado con un gran volumen de agua marina otorgandola una correspondiente masa considerable y, por tanto, inercia. Asf mismo, presenta un area de superficies considerable perpendicular a la direccion de la fuerza de cabeceo, la cual de esta forma permite aumentar la resistencia al movimiento por medio de una gran fuerza de arrastre.
El cuerpo de reaccion sumergible es, en general, de construccion hueca y capaz de ser selectivamente ser llenado de agua o agua para ajustar su flotabilidad. Por tanto, el dispositivo puede presentar una configuracion operativa sumergida en la que el cuerpo de reaccion este lleno de agua y una configuracion de superficie de flotacion en la que el cuerpo este lleno de aire.
La configuracion operativa sumergida es, como se describio anteriormente, con el cuerpo de reaccion suspendido bajo el agua a partir del flotador de superficie.
En la configuracion de superficie de flotacion, el cuerpo de reaccion flota sobre la superficie del mar con la suficiente flotabilidad para que transporte los demas componentes del dispositivo y es facilmente capaz de ser transportado a traves de la superficie marina. El dispositivo puede asentarse en un lugar suficientemente elevado del agua de manera que todas las conexiones con las lmeas de anclaje y con las lmeas de energfa puedan estar despejadas de agua y puedan ser facilmente accesibles. El dispositivo puede tambien crear su propia plataforma estable de servicio con todos los componentes de mantenimiento libres de agua para permitir un facil acceso con vistas a su mantenimiento.
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El aire puede ser bombeado dentro del cuerpo de reaccion sumergible por medio de una lmea del snorkel fijada al flotador de superficie. La lmea del snorkel puede o bien estar separada de o formar parte integrante con la lmea de conexion principal. El aire puede ser liberado del cuerpo de reaccion por medio de una valvula que puede ser operada a distancia desde la superficie, en caso necesario.
El cuerpo de reaccion sumergible puede tambien presentar una forma a modo de casco aerodinamico para mejorar aun mas la facilidad con la cual puede ser remolcado a traves de la superficie marina.
El flotador de superficie puede, si se desea, estar fabricado a partir de un material inflable blando de manera que, en el supuesto de que se produzca una colision accidental con un buque de superficie, no se produzcan danos significativos ya sea al buque o al flotador. Una estructura flexible sobre el flotador hana que fuera mas resiliente a las fuerzas experimentadas por las olas de superficie.
A continuacion se describiran con mayor detalle formas de realizacion preferentes de la invencion, con referencia los dibujos que se acompanan, en los cuales:
La Figura 1 es una vista recortada en perspectiva parcial de una primera forma de realizacion de un generador de olas de acuerdo con la invencion;
la Figura 2 es una vista recortada parcial del generador de olas de la Figura 1 en una posicion neutral;
la Figura 3 es una vista recortada parcial del generador de olas de la Figura 1 cuando esta experimentando un pico de olas;
la Figura 4 es una vista recortada parcial del generador de olas de la Figura 1 cuando esta experimentando una depresion de olas; y
la Figura 5 es una vista en perspectiva de una segunda forma de realizacion de la invencion cuando esta en una primera configuracion;
la Figura 6 es otra vista de la forma de realizacion de la Figura 5, cuando esta en una segunda configuracion;
la Figura 7 es una vista en perspectiva de una tercera forma de realizacion de la invencion cuando esta en una primera configuracion;
la Figura 8 es una vista en perspectiva de una cuarta forma de realizacion de la invencion; y
las Figuras 9 y 10 muestran unos conjuntos en los cuales multiples dispositivos de acuerdo con la invencion estan conectados entre sf
Las mismas partes son designadas mediante las mismas referencias numerales a lo largo de los dibujos.
Con referencia a las Figuras 1 a 4, en ellas se muestra un dispositivo ejemplar de conversion de energfa de las olas de acuerdo con la invencion. El dispositivo comprende un cuerpo de desplazamiento bajo la forma de un flotador 1 de superficie que se mueve con las olas, un cuerpo 2 de reaccion que esta situado por debajo del nivel del mar a una cierta distancia de la influencia de las olas 4 de superficie; y una lmea 3 de conexion que suspende el cuerpo 2 de reaccion respecto del flotador 1 de superficie a una profundidad regulada por la longitud de la lmea 3 de conexion.
El dispositivo comprende ademas un convertidor 5 de energfa y un resorte 6 dispuesto para operar entre la lmea de conexion y el cuerpo 6 de reaccion. El convertidor 5 de energfa y el resorte 6 pueden estar fijados a, o montado sobre, el cuerpo 2 de reaccion.
El movimiento del flotador 1 de superficie provocado por las olas 4 del mar provoca el movimiento relativo entre el flotador 1 de superficie y el cuerpo 2 de reaccion. Este movimiento es asumido por la carrera de trabajo del convertidor 5 de energfa y por el resorte 6 y es explotado para producir energfa.
El cuerpo 2 de reaccion presenta una construccion hueca de manera que contiene un volumen 7 interior que puede ser selectivamente llenado de agua o de aire para hacer posible el ajuste de la flotabilidad del cuerpo 2 de reaccion. Por tanto, el dispositivo puede presentar una configuracion operativa en la que el cuerpo 2 de reaccion este lleno de agua, y una configuracion de superficie en el que el cuerpo 2 de reaccion este lleno de aire.
Una lmea 8 del snorkel y unas valvulas 9, de forma conjunta permiten que el aire sea bombeado dentro o liberado del volumen 7 interior. Toda o parte de la lmea del snorkel puede estar integrada con la lmea 3 de conexion principal para evitar un enredamiento.
Un cable umbilical 10 de energfa esta conectado al dispositivo para hacer posible que la energfa util generada sea retirada a un emplazamiento en el que pueda ser utilizado. Por ejemplo, este cable umbilical puede ser un cable
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electrico conectado a una red de distribucion electrica, o a un tubo de agua para distribuir agua de alta presion a una planta de desalinizacion.
Unas lmeas 11 de anclaje situan el dispositivo con respecto al lecho marino (no mostrado) y son genericamente holgadas, haciendo posible grandes movimientos oceanicos tales como las mareas y permitiendo tambien una elasticidad en el caso de condiciones extremas del oleaje. La profundidad del cuerpo 2 de reaccion se establece por una longitud de la lmea 3 de conexion y no por las lmeas 11 de anclaje.
Con referencia concreta a las Figuras 2 a 4, se describira con mayor detalle el funcionamiento del dispositivo en su configuracion operativa.
En una posicion neutra (Figura 2) con una superficie 12 plana del mar, el peso W del cuerpo 2 de reaccion es contrarrestado por una flotabilidad B igual y opuesta procedente del flotador 1 de superficie, la cual, a su vez, es igual a la fuerza S del resorte. Cuando el resorte 6 esta situado en serie entre el flotador 1 de superficie y el cuerpo 2 de reaccion, todas las fuerzas entre el flotador 1 y el cuerpo 2 de reaccion son transferidas a traves del resorte 6. De manera eficaz el cuerpo 2 de reaccion cuelga del resorte 6, el cual, a su vez, cuelga del flotador 1 (por medio de la lmea 3 de conexion).
El convertidor 5 de energfa y el resorte 6 estan en la mitad de su carrera de trabajo total cuando el dispositivo esta en su posicion neutra. Esto se consigue igualando el peso W del cuerpo 2 de reaccion con la fuerza S del resorte cuando el resorte esta en la posicion neutra.
Cuando el dispositivo experimenta las condiciones de las olas el flotador 1 es desplazado arriba y abajo modificando la altura de la superficie del mar. Esto, a su vez, desplaza el resorte 6 y el convertidor 5 de energfa con respecto al cuerpo 2 de reaccion. Este movimiento relativo puede ser explotado por el convertidor 5 de energfa para generar energfa util. La Figura 3 muestra la configuracion del dispositivo cuando experimenta un pico 13 de olas y la Figura 4 es una depresion 14 reciproca de las olas.
Sin embargo, para que tenga lugar el movimiento relativo entre el convertidor 5 de energfa y el cuerpo 2 de reaccion, la fuerza requerida para vencer la fuerza del resorte 6 y el convertidor 5 de energfa debe ser menos considerable que la requerida para desplazar el entero cuerpo 2 de reaccion. Si no fuera este el caso y las fuerzas fueran similares, el resultado sena que el entero cuerpo de reaccion se desplazana arriba y abajo cuando el flotador 1 y el movimiento relativo del resorte 6 y del convertidor 5 de energfa se reducina en gran medida, con la correspondiente cafda de la potencia de salida del dispositivo.
Con el fin de resolver el problema expuesto se necesita una forma de incrementar la resistencia del cuerpo 2 de reaccion sin modificar su peso W. Esto se consigue en la forma de realizacion preferente incrementando la masa efectiva y, por tanto, la inercia del cuerpo 2 de reaccion de dos maneras. En primer lugar, el volumen 7 interno del cuerpo 2 de reaccion es llenado de agua del mar lo que permite que su masa efectiva se incremente en gran medida sin incrementar su peso W. En segundo lugar, el cuerpo 2 de reaccion es conformado para que presente un area 15 considerable perpendicular a la direccion del movimiento de la boya de superficie (esto es, paralela a la superficie del mar) lo que conlleva el otorgar al cuerpo 2 de reaccion un arrastre muy amplio y, por tanto, una gran resistencia al movimiento.
El resorte 6 se muestra en la forma de realizacion preferente como un resorte helicoidal puramente con fines ilustrativos, y puede adoptar la forma de cualquier retorno de resorte apropiado o de un sistema de empuje direccional. Ejemplos de otros tipos de medios de empuje por resorte o direccionales incluyen: resortes neumaticos, bandas elastomericas, resortes hidraulicos y solenoides. El resorte de llamada 6 puede ser un sistema activamente controlado que sea constantemente modificado de acuerdo con las condiciones imperantes de las olas para potenciar al maximo la potencia de salida del dispositivo.
El convertidor 5 de energfa, en la forma de realizacion preferente, esta tambien representado de forma meramente esquematica y no pretende ilustrar un sistema concreto. Ejemplos de convertidores de energfa apropiados incluyen: generadores electricos lineales, generadores hidraulicos, bombas de fluido y sistemas de pinon y cremallera que podnan entonces conectarse a unos generadores rotatorios. Como en el caso del resorte 6, el convertidor 5 de energfa puede ser activamente controlado para potenciar al maximo la potencia de salida.
En algunos casos, en por ejemplo, sistemas hidraulicos el resorte 6 y el convertidor 5 de energfa pueden entonces combinarse en un sistema unico reduciendo con ello la complejidad y el coste.
Cuando el dispositivo esta en su configuracion de superficie, el cuerpo 2 de reaccion se asienta en una posicion suficientemente elevada en el agua para que todas las conexiones con las lmeas 11 de anclaje y con las lmeas 10 de energfa esten despejadas de agua y sean facilmente accesibles. El dispositivo crea tambien su propia plataforma de servicio estable con todos los componentes de mantenimiento por encima del agua para hacer posible un facil acceso con vistas a su mantenimiento. Asf mismo, su forma hace posible que sea facilmente remolcado a traves de la superficie del mar requiriendose unicamente unas embarcaciones relativamente pequenas.
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Con referencia a las Figuras 5 y 6, en ellas se muestra una segunda forma de realizacion de la invencion. La segunda forma de realizacion utiliza un flotador 16 toroidal de superficie que incrementa el area del frente de las olas que puede ser capturado por el dispositivo para el mismo volumen del flotador. El cuerpo 2 de reaccion de la segunda forma de realizacion incluye tambien un casco 17 con forma de embarcacion que incluye un puente 18 superior y unos lados aerodinamicos; dicha forma mejora tambien la transportabilidad del dispositivo sobre la superficie 4 del mar.
Con referencia a la Figura 6, el dispositivo es mostrado concretamente en su configuracion de superficie. La flotacion del cuerpo 2 de reaccion es suficiente para mantener el dispositivo en sf y todos los demas componentes despejados de agua. El cuerpo 2 de reaccion, por tanto, es capaz de llevar a cabo la funcion de balsa de transporte y de plataforma de servicio para el entero dispositivo.
La Figura 6 tambien muestra una posible configuracion de transporte del dispositivo. Un flotador 16 toroidal de superficie puede estar arrimada sobre el puente 18 del cuerpo 2 de reaccion sobresaliendo el convertidor 5 de energfa y el resorte 6 a traves del agujero dispuestos alrededor del flotador 16, fijandolo en posicion de manera segura. La lmea 3 de conexion y / o la lmea 8 del snorkel puede estar embobinada sobre el puente 18 del cuerpo 2 de reaccion de una manera conveniente.
Cuando el dispositivo esta instalado, el flotador 16 automaticamente se despliega cuando se deja salir el aire del cuerpo 2 de reaccion y el dispositivo alcanza su configuracion operativa (rep. Figura 6).
Otros aspectos de la segunda forma de realizacion operan de manera similar a los de la primera forma de realizacion.
Con referencia a la Figura 7, en ella se muestra una tercera forma de realizacion de la invencion. La tercera forma de realizacion difiere de las formas de realizacion anteriores por la inclusion de una junta 19 articulada entre el convertidor 5 de energfa y el cuerpo 2 de reaccion. La junta articulada hace posible que el convertidor 5 de energfa se alinee con el movimiento del flotador de superficie cuando la pendiente de las olas 20 tiendan a desplazar el flotador 1 de alante atras asf como de arriba abajo. El mismo efecto podna conseguirse incluyendo una pieza suplementaria de la lmea 3 de conexion entre el convertidor 5 de energfa y el cuerpo 2 de reaccion.
Otros aspectos de la tercera forma de realizacion operan de manera similar a los de las primera y segunda formas de realizacion.
Con referencia a la Figura 8, en ella se muestra una cuarta forma de realizacion de la invencion. La cuarta forma de realizacion comprende multiples flotadores 16, que conectan las lmeas 3 los convertidores 5 de energfa conectados a un cuerpo 2 de reaccion comun. Este trazado hace posible que un unico dispositivo tenga una potencia de salida mayor, y mejora la comodidad de transporte e instalacion en comparacion con un grupo de dispositivos singulares de la misma potencia de salida.
La cuarta forma de realizacion tambien hace posible una reduccion del coste debido a que se podna reducir el numero de subsistemas del dispositivo en comparacion con los sistemas multiples de una potencia de salida equivalente. Por ejemplo, si se utilizara un sistema de conversion de energfa hidraulica, la potencia de salida procedente de los pistones hidraulicos individuales, podna ser transferida a unos acumulador y generador hidraulicos unicos. El numero de lmeas de anclaje y de cables umbilicales de energfa tambien se podna reducir.
Otros aspectos de la cuarta forma de realizacion operan de manera similar a los de las formas de realizacion precedentes.
Con referencia a las Figuras 9 y 10, en ellas se muestran dos posibles disposiciones para multiples instalaciones del dispositivo. Con el fin de que los convertidores de energfa de las olas generen las grandes cantidades de energfa requeridas para que tengan un impacto en la produccion global de energfa, se requeriran unas redes de muchos cientos o incluso miles de dispositivos.
Por tanto, es importante que cualquier dispositivo concreto sea apropiado para su instalacion como parte de dicha red.
La Figura 9 muestra una red en la que multiples dispositivos de acuerdo con la invencion estan conectados por una lmea 21 de union que enlaza los flotadores 1 de superficie entre sf. El numero de dispositivos se puede incrementar respecto del mostrado y la red puede extenderse en bien en una o en dos dimensiones. Los extremos de la red estan conectados a los flotadores 22 de posicionamiento, los cuales, a su vez, estan conectados a unos pesos 23 de anclaje.
Los cables 10 umbilicales de potencia a partir de cada dispositivo pueden ser conectados a una caja de derivacion 24 para reducir al mmimo la cantidad de cableado o canalizacion submarina requerida para transmitir energfa a un emplazamiento donde pueda ser utilizado.
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La Figura 10 muestra una red en la que multiples dispositivos estan conectados mediante una lmea 21 de union que enlaza los cuerpos 2 de reaccion de cada dispositivo. Los cuerpos 2 de reaccion en los extremos de la red estan conectados directamente a los pesos 23 de anclaje. Como en la red mostrada en la Figura 8, un numero indeterminado de dispositivos podna estar enlazado y podna emplearse una red bidimensional de cualquier forma.
Con referencia al sistema en general, se consigue una pluralidad de ventajas en este diseno que lo hacen particularmente indicado para el uso perseguido:
La inclusion de unicamente un flotador 1 de superficie de dispositivo sobre la superficie durante su operacion ofrece algunas ventajas considerables. El flotador 1 puede estar fabricado a partir de un material inflable no ngido (por ejemplo un material disponible con la marca "Hypalon") que ayuda a reducir el coste, y los medios de colisiones accidentales con buques de superficie senan episodios no lesivos para ambas partes. La inclusion de un unico flotador sobre la superficie, significa que sena tambien mmimo el impacto visual del dispositivo.
La suspension del cuerpo 2 de reaccion y del convertidor 5 de energfa del dispositivo respecto de la lmea 3 de conexion bastante por debajo de la superficie del mar tiene como resultado que las piezas complejas del sistema puedan quedar situadas a una distancia considerable de las fuerzas que pueden potencialmente ser generadas por las olas 4 de superficie.
Cuando esta sometido a condiciones extremas puede ser autoprotector, porque la fuerza maxima que puede ser aplicada sobre el cuerpo 2 de reaccion es equivalente solo a la flotabilidad total del flotador 1 de superficie. Una ola muy grande simplemente sumergira el flotador 1 y es capaz de aplicar cualquier carga mayor sobre el cuerpo 2 de reaccion. La flotabilidad total del flotador 1 de superficie puede tambien regularse de manera que sea igual a la fuerza S del resorte en la carrera maxima hacia arriba, asegurando que el sistema no pueda ser sacudido por olas muy grandes.
Una ola rompedora inesperada que aplastara el flotador 1 podna provocar un aflojamiento temporal de la lmea 3 de conexion pero una lmea flexible no puede transferir una fuerza compresora. Por tanto, las olas rompedoras no pueden aplicar cargas anormales sobre el sistema. En condiciones normales, el resorte 6 mantiene en todo momento tensa la lmea 3 de conexion.
El procedimiento de instalacion del dispositivo es muy sencillo y tfpicamente comprendena las siguientes etapas: el dispositivo es remolcado del puerto hasta la zona de despliegue; las lmeas 11 de anclaje preinstaladas y la conexion 10 de energfa son entonces fijadas al dispositivo; se deja liberar el aire del cuerpo 2 de reaccion y se hunde por debajo y queda suspendido del flotador 1 de superficie: el generador sena entonces operativo.
El procedimiento de mantenimiento / retirada es igualmente sencillo: el buque de servicio queda amarrado sobre el flotador 1 de superficie; un suministro de aire comprimido es unido a la lmea 8 del snorkel y el cuerpo 2 de reaccion es llenado de aire y elevado a la superficie; el servicio es conducido hasta la zona cuando sea posible y cuando termine el aire se deja salir de nuevo como anteriormente; si se requiere un servicio sobre el terreno, entonces las lmeas 11 de anclaje y el cable 10 de energfa son desconectados y el dispositivo es remolcado a puerto.
Aunque la invencion divulgada en la presente memoria ha sido descrita con referencia a formas de realizacion ejemplares, pueden contemplarse otras formas de realizacion que se incluyan en el alcance de la invencion. Por ejemplo, el resorte y el convertidor de energfa podnan ser transferidos al flotador de superficie quedando unicamente el cuerpo de reaccion suspendido de la lmea de conexion. Como alternativa, el resorte y el convertidor de energfa podnan ser situados en o cerca de la mitad de la lmea de conexion.

Claims (7)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Un generador de conversion en ene^a util de un movimiento de las olas en una masa de agua, comprendiendo el generador:
    un medio (1, 16) de flotacion que puede desplazarse en respuesta a dicho movimiento de las olas;
    un miembro (2) de reaccion sumergido que presenta una flotabilidad ajustable y al menos dos configuraciones de flotacion, estando dicho miembro de reaccion sumergido conectado a dicho medio de flotacion y presentando una inercia y / o un arrastre para ofrecer resistencia al movimiento de dicho medio de flotacion provocado por dicho movimiento de las olas;
    un medio para permitir el movimiento relativo entre dicho miembro de reaccion sumergido y dicho medio de flotacion;
    un medio (5) de conversion de energfa para convertir dicho movimiento relativo en dicha energfa util; y
    un medio de empuje, por ejemplo un resorte (6), para empujar direccionalmente dicho miembro de reaccion sumergido con respecto a dicho medio de flotacion, siendo el medio de empuje parcialmente superado por el peso suspendido del miembro de reaccion sumergido;
    caracterizado porque
    en una configuracion de flotacion minima, el miembro de reaccion sumergido esta suspendido del medio de flotacion mediante una lmea (3) de conexion flexbible a una profundidad regulada por la longitud de la lmea de conexion, y en una configuracion de flotacion maxima el miembro de reaccion sumergido flota sobre la superficie de dicha masa de agua,
    el miembro de reaccion sumergido;
    (i) estando conformado para procurar la resistencia al desplazamiento a lo largo de un eje geometrico sustancialmente perpendicular a la superficie de la masa de agua;
    (ii) incluyendo un casco (17) aerodinamico para permitir una disposicion de remolque estable en la configuracion de flotacion maxima para remolcar el generador a traves de la masa de agua;
    (iii) incluyendo un puente (18) de servicio estable que esta provisto de una disposicion de amarre para dicho flotador, estando configurada la disposicion de amarre para asegurar dicho flotador en una posicion amarrada sobre el puente de servicio; y
    (iv) incluyendo un espacio interior que puede ser selectivamente cargado de agua o de aire para permitir la flotacion ajustable.
  2. 2. - Un generador de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el medio de flotacion esta elaborado a partir de un material inflable elastico.
  3. 3. - Un generador de acuerdo con la reivindicacion 2, en el que el medio de flotacion es toroidal y esta dispuesto para quedar alineado sobre el puente, sobresaliendo el medio de conversion de energfa y el resorte a traves del agujero dispuesto en el centro del toroide
  4. 4. - Un generador de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, que comprende ademas unas lmeas (11) de anclaje para situar el generador con respecto a un lecho de la masa de agua.
  5. 5. - Un generador de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en el que el medio para permitir el movimiento relativo permite un movimiento sustancialmente en vaiven y define una carrera de trabajo de dicho movimiento en vaiven.
  6. 6. - Un generador de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, en el que el medio de conversion de energfa esta dispuesto dentro o sobre el miembro de reaccion sumergido.
  7. 7. - Un generador de acuerdo con cualquier reivindicacion precedente, que incluye una junta (19) para alinear el movimiento del medio de conversion de energfa con el medio de flotacion.
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