ES2804373B2 - Equipo para la obtencion de energia electrica en superficie a partir de la captacion de la energia cinetica de las corrientes en mares y rios - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

Equipo para la obtención de energía eléctrica en superficie a partir de la captación de la energía cinética de las corrientes en mares y ríos

La invención, tal y como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva se refiere a un equipo para la obtención de energía eléctrica en superficie a partir de la captación de la energía cinética de las corrientes de agua en los ríos y/o de las corrientes marinas. Más concretamente, el objeto de la invención consiste en un equipo que, basado en la instalación de al menos una turbina vertical cuyos ejes se acoplan a unos cables que tensionan unas pesas sumergidas bajo una plataforma flotante que está configurada para recoger la energía cinética de la corriente del río o corriente marina que mueve las palas.

Campo técnico de la invención

La presente invención se enmarca dentro del sector de la industria energética, centrándose particularmente en el ámbito de la industria dedicada a la fabricación e instalación de aparatos, dispositivos y equipos para el aprovechamiento de energías limpias y generación de energía eléctrica, más en particular, los aplicables para el aprovechamiento de la energía cinética de corrientes fluviales y marítimas.

Estado de la técnica

La necesidad de buscar energías limpias, que no perturben los ecosistemas y que no contaminen directa o visualmente hace necesario estudiar y desarrollar nuevos procedimientos y sistemas para conseguir energía limpia y no contaminante de forma más barata, más respetuosa con la flora, con la fauna y con el medioambiente que la que ofrecen los sistemas del estado de la técnica.

En el estado de la técnica actual, los sistemas de obtención de energías limpias son dos: la energía solar y la energía eólica. Sin embargo, ambos perturban la flora, la fauna y la apariencia estética de los ecosistemas que invaden. Por ejemplo, las placas solares, que se emplean -generalmente- en campos de grandes dimensiones, invaden los espacios que ocupan flora y fauna que se desplazan de su hábitat y, por supuesto, perjudican estéticamente los espacios y paisajes.

Los campos eólicos son particularmente perjudiciales para el medioambiente. En primer lugar, perjudican al terreno, ya que es necesario transportar hasta el punto de ubicación los materiales, que son de grandes dimensiones y pesos. Estos materiales requieren accesos especiales a través de campos y montes, con lo que se deben crear caminos que son necesarios para su conservación y mantenimiento, perjudicando la naturaleza y el paisaje. Además, perjudican el hábitat de las aves, ya que algunas mueren por los efectos de las aspas de los aerogeneradores. Los campos eólicos, en sí mismos, son instalaciones industriales que perjudican la flora y la fauna al generar espacios de tránsito humano que desplazan a los animales y destrozan parte de la flora circundante.

Con referencia al estado de la técnica actual, son conocidos sistemas eólicos marinos, con un alto coste económico -50 millones de euros por aerogenerador- y donde cada aerogenerador tiene un peso aproximado de 150 Tm. Esto genera un grave problema medioambiental debido al uso intensivo de fibra de vidrio que surgirá cuando haya que renovar los aerogeneradores al finalizar su vida útil.

Por otra parte, estas dos fuentes de energía dependen de la naturaleza para trabajar y captar energía. Dependen de las horas de sol, de que no existan nubes, de que no llueva, de que exista viento en cantidad y velocidad adecuadas. Existe una captación de energía que está en función de la propia climatología, y que se estudia en función de la estadística, de los datos climatológicos que, por otra parte, pueden variar con el tiempo.

Otros sistemas conocidos en el estado de la técnica son los que emplean turbinas sumergidas, de un funcionamiento similar al de la energía eólica, pero generando la electricidad debajo del agua. El potencial energético del agua es mucho mayor que la del aire, pero la generación de electricidad bajo el agua más la infraestructura de anclaje en el fondo marítimo, limitan y condicionan la producción eléctrica. La investigación en algunos modelos se está limitando a la «caja de engranajes», cuando se ha de considerar que la energía a producir es proporcional al diámetro de las palas, por lo que la optimización del rendimiento que proporciona una turbina solo actúa sobre la natural pérdida producida en la «transformación» de energía cinética en eléctrica.

Otros sistemas conocidos son las cometas oscilantes, las turbinas helicoidales -tornillo de Arquímedes-, movimiento de las olas, etcétera. Tienen los mismos o más inconvenientes que los anteriores y menos rendimiento. Se están experimentando, pero no parece que puedan llegar a ser sostenibles, y mucho menos rentables.

Descripción de la invención

El objeto de la presente invención es un equipo para la obtención de energía eléctrica en superficie a partir de la captación de la energía cinética de las corrientes en mares y ríos de acuerdo con la reivindicación 1. En las reivindicaciones dependientes se describen realizaciones particulares y preferidas del equipo de la invención.

El objeto de la presente invención está basado en la barrena de perforación invertida, cambiando el motor que produce la energía de perforación en superficie, por un generador eléctrico o «dinamo». La dinamo se acciona con turbinas que rotan sobre un eje flexible (cable de acero inoxidable), anclado en el fondo marino. El cable axial ha de permanecer vertical, suficientemente tenso como para soportar el empuje del agua sobre la turbina, lo que se consigue regulando el peso del fondeo y la plataforma de flotación, desde la misma superficie. El diámetro y longitud de la turbina, más la velocidad de la corriente, determinan el volumen energético a conseguir.

Una de las ventajas de la invención es que el montaje es simple, lo que facilita el mantenimiento del sistema, que permite el intercambio de todos y cada uno de sus componentes, lo que facilitará la optimización del rendimiento energético. El aprovechamiento de las corrientes marinas se hace de forma integral, desde las superficiales a las profundas, aunque estas sean encontradas o alternantes como las de las producidas por las mareas. Por ejemplo, en el estrecho de Gibraltar, con una profundidad de hasta 900m y con corrientes encontradas, la mayor capacidad energética se encuentra en las costas de Marruecos. Las corrientes del golfo de México, con anchuras desde 80km y 640m de fondo en Cuba hasta las más de 1000km. Con fondos de 800 a 1200m en el resto y una velocidad media de 1,8m/s que se desplaza en superficie llegando a desaparecer a los 100m de profundidad. En las bocanas de las rías y bahías se producen corrientes alternantes de mareas altamente productivas. El volumen energético, intensidad y frecuencia de la electricidad producida por el sistema de la invención es homogénea y permanente, al igual que las corrientes que la producen.

Como es sabido, los cursos de los ríos como las corrientes marinas, superficiales o sumergidas son masas de agua con una densidad determinada, con velocidades constantes o variables, así como con cambios direccionales, y que, por tanto, son portadores de energía potencialmente susceptibles de ser utilizadas de forma adecuada. Así pues, es en dicha adecuación de la forma de obtener dicha energía, donde se encuentra el objetivo de la presente invención.

De manera concreta, lo que la invención propone, como se ha apuntado anteriormente, es un equipo que, aplicable para su instalación en emplazamientos fluviales o marítimos, está diseñado para aprovechar la energía cinética que provoca el flujo de las corrientes de agua de río y marinas bajo la superficie, recogerla y subirla a la superficie para convertirla en energía eléctrica, para lo cual, se basa, esencialmente, en la instalación de un conjunto de turbinas verticales (a modo de barrena de perforación invertida) sumergidas bajo una plataforma flotante a la que se vinculan a través de sus ejes, los cuales, a su vez, se acoplan a unos cables que mantienen tensionados unas pesas sumergidas por debajo de las palas, existiendo sobre la plataforma, acoplada a los ejes de cada pala, una bomba hidráulica, para recoger la energía cinética de la corriente del río o marina que mueve dichas palas y, a través de los medios más apropiados, llevarla a una dinamo convertida en energía eléctrica desde donde puede ser transportada para su aprovechamiento.

De esta manera, sumergidos en el agua solo se disponen elementos mecánicos, de materiales compatibles con el medio marino, de densidad un poco inferior a la del agua, a excepción de los pesos lógicamente, para conseguir su flotabilidad para facilitar su mantenimiento y no tener que trabajar bajo el agua. Más específicamente, en la realización preferida del equipo de la invención, se contempla una plataforma flotante, con dos, cuatro o más cables con tensores naturales, que permitan, en función de las mareas, mantener tensionados los cables con unas pesas, de tal manera que no se afecten suelos marítimos, bien porque no se precise llegar a ellos o disponiéndolos anclados a lecho en el caso de los ríos, pero de modo que su eliminación, si se considerase necesaria, no dejaría huella. Estos cables son el soporte de los ejes sobre los que se disponen las turbinas, diseñadas para girar de igual manera en un sentido u otro, aunque variara el sentido de la corriente, y que giran, los ejes, solidarios a ellas, de manera que trasladas a la superficie la energía cinética a una bomba hidráulica acoplada a ellos sobre la plataforma flotante. En dicha plataforma, por su parte, se incorporan los medios para recoger, por el procedimiento más adecuado, dicha energía en una dinamo, para poder transportarla.

Preferentemente, una plataforma tendrá cuatro ejes de la longitud adecuada, según el emplazamiento en que se instale, donde giran las palas para elevar la energía cinética de la corriente, a cuatro bombas hidráulicas, una acoplada al extremo superior de cada eje, sobre la plataforma, que optimizan la velocidad de las palas, para portarla a un motor hidráulico y, desde este, a la dinamo, y de esta manera conseguir mayor producción de energía eléctrica. Además, preferentemente, la plataforma tiene una cubierta que cubre completamente y protege los elementos funcionales del equipo previstos sobre la misma, la cual preferiblemente es semiesférica y cuenta con un sistema de acceso, estando diseñada para no permitir la entrada de agua en su interior y, opcionalmente, portará elementos adicionales de localización y señalización que sean precisas para las instancias marinas y de navegación.

Finalmente, como se ha comentado en apartados anteriores, el equipo de la invención está pensado para que, además de permitir la generación de energía limpia, pueda también actuar como elemento protector de la fauna y flora marinos, en especial, por ejemplo de especies en extinción como la posidonia, ya que supondría una barrera frente a la pesca de arrastre, tanto si está en funcionamiento como si no.

A lo largo de la descripción y de las reivindicaciones, la palabra «comprende» y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la invención y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración y no se pretende que restrinjan la presente invención. Además, la invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.

Breve descripción de los dibujos

A continuación, se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención, que se ilustra como un ejemplo no limitativo de ésta.

La figura 1.- Muestra una vista esquemática de un ejemplo de realización del equipo para la obtención de energía eléctrica en superficie a partir de la captación de la energía cinética de aguas de ríos y de corrientes marinas objeto de la invención, apreciándose las principales partes y elementos que comprende, así como la configuración y disposición de éstas, tanto en superficie como debajo de la misma.

Explicación de un modo detallado de realización de la invención

Tal y como se observa en la figura 1, el equipo (1) en cuestión, aplicable para su instalación en emplazamientos fluviales o marítimos, para aprovechar la energía cinética que provoca el flujo de las corrientes de agua de río y marinas bajo la superficie o en ella, comprende, esencialmente, una o más palas (2) o turbinas sumergidas bajo una plataforma flotante (3) a la que se vinculan a través de ejes (4) sobre los que giran las palas (2) al ser estas movidas por la corriente, y en unos cables (5) tensores que mantienen las palas (2) en su lugar frente al empuje de la corriente, y por su extremo superior, a una bomba hidráulica (6) ubicada sobre la plataforma flotante (3), la cual, a su vez, a través de por ejemplo un motor hidráulico (12), traslada la energía cinética, que imprime la corriente en los ejes (4) a través de las palas (2), a una dinamo (7) vinculada al mismo para convertirla en energía eléctrica.

Los cables (5) tensores que mantienen las palas (2) en su lugar bajo la plataforma flotante (3), están tensionados mediante unas pesas (8) previstas en el extremo inferior de los mismos. Opcionalmente, las pesas (8), a su vez, pueden estar sujetas mediante anclajes modulares (9) al fondo marino o lecho del río, según convenga.

Las palas (2) pueden ir sujetas con cables (5) tensores verticales, como muestra el ejemplo de la figura 1, o bien inclinados, por ejemplo inclinados de dos en dos, formando una retícula que, a su vez, y según convenga, se anclan al fondo con anclajes modulares (9), permitiendo la fluctuación de las mareas. En la realización preferida de la invención, la plataforma flotante (3) comprende cuatro palas (2) con cuatro ejes (4) sujetos a cuatro cables (5) tensores, que pueden estar sujetos con pesas (8) que no llegan al fondo, o con elementos naturales, de tal manera que no se afecten suelos marítimos. En todo caso, opcionalmente, los cables (5) tensores quedan insertados dentro de los ejes (4) y de manera que, en su extremo superíor, se unen a un recogedor de tensores (10) que permite izarlos para operaciones de mantenimiento o sustitución.

Por otra parte, también preferentemente, las palas (2) están diseñadas para que siempre vayan en la misma dirección aunque las corrientes sean opuestas o encontradas pudiendo presentar la forma representada en los dibujos u otra cualquiera. Además, preferentemente, la plataforma flotante (3) incorpora una cubierta (11) que cubre completamente y protege los elementos funcionales del equipo previstos sobre la misma. Dicha cubierta (11), que en la realización preferida es semiesférica y cuenta con un acceso, no permite la entrada de agua en su interíor y, opcionalmente, incorpora elementos adicionales de localización y señalización. En el ejemplo representado en la figura 1 se observa la disposición de la plataforma flotante (3) en la superficie (s) del agua, con las palas (2) sumergidas debajo de la misma y los pesos (8) situados a cierta distancia del fondo (f), sujetos a este mediante anclajes (10).

Una de las características esenciales del sistema es que las palas (2) son de silicona, flexibles como la cola y aletas de los peces, porque a la silicona no se le adhiere ninguna materia ni animal ni mineral. Además, la flexibilidad optimiza el rendimiento energético ampliando la superficie de empuje y disminuye la de resistencia. Finalmente, la silicona es un material que no se degrada, por lo que es imperecedero y no contaminante.

El equipo de la invención no precisa ningún tipo de infraestructura permanente clavada en el fondo, como los sistemas eólicos. La simplicidad de montaje, experimentación y mantenimiento, lo hace único y diferente a los equipos descritos en el estado de la técnica. La transformación de la energía cinética del agua en energía eléctrica se hace en la superficie (no sumergida). Cada «columna de generación cinética» formada por las turbinas instaladas a lo largo de la «barrena giratoria», accionan una bomba hidráulica (agua) que hace funcionar el generador eléctrico que puede responsabilizarse de más de una bomba. El caudal de agua residual, una vez accionada la dinamo, se utiliza para crear una columna de aspersión que cumple dos funciones: señalización del tráfico marítimo y estimulación de la evaporación. Además, el sistema de la invención es totalmente reversible.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Un equipo para la obtención de energía eléctrica en superficie a partir de la captación de la energía cinética de las corrientes en mares y ríos que se caracteriza porque comprende al menos una pala (2) íntegramente fabricada en silicona que está sumergida bajo la superficie (s) de una corriente de agua fluvial o marina y vinculada mecánicamente con una plataforma flotante (3) a través de al menos un eje (4) sobre el que gira la pala (2) en ambos sentidos de igual manera al ser movida por la corriente fluvial o marina, de igual manera e independientemente del cambio de sentido de la corriente marina o fluvial; y donde el eje (4) está asociado inferiormente con al menos un cable tensor (5) configurado para mantener la pala (2) en una posición transversal al paso del flujo de la corriente fluvial o marina y, por su extremo superior, con una bomba hidráulica (6) ubicada sobre la plataforma flotante (3) configurada para transmitir la energía cinética que imprime la corriente fluvial o marina en el eje (4) a través de la pala (2) a una dinamo (7) vinculada mecánicamente con dicho eje (4) para convertir la energía cinética en energía eléctrica.

2. El equipo de acuerdo con la reivindicación 1 donde el cable tensor (5) que mantiene la pala (2) en su lugar bajo la plataforma flotante (3), está tensionado mediante, al menos, una pesa (8) prevista en el extremo inferior de los mismos.

3. El equipo de acuerdo con la reivindicación 2 donde la pesa (8) está sujeta mediante un anclaje modular (9) al fondo marino o lecho del río, permitiendo la fluctuación de las mareas.

4. El equipo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3 donde la pala (2) está sujeta mediante un cable tensor (5) vertical o inclinado.

5. El equipo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 que comprende un dispositivo recogedor de tensores (10) conectado con un cable tensor (5) inserto en el eje (4).

6. El equipo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 donde la plataforma flotante (3) incorpora una cubierta (11) estanca que cubre totalmente la citada plataforma flotante (3) e incorpora un único acceso o registro.