ES2900844B2 - Módulo marítimo generador de energía eléctrica y estructura marítima generadora de energía eléctrica compuesta de dichos módulos - Google Patents

Description

DESCRIPCIÓN

Módulo marítimo generador de energía eléctrica y estructura marítima generadora de energía eléctrica compuesta de dichos módulos

Campo de la invención

La presente invención se refiere a un módulo marítimo que, además de proporcionar protección a infraestructuras costeras devolviendo la energía de las olas al mar y por lo tanto evitando que las olas rompan en la misma, permite el aprovechamiento de dicha energía.

Más concretamente, el módulo marítimo generador de la invención se constituye a partir de un módulo giraolas y, por lo tanto, no sólo es válido para el aprovechamiento de la energía undimotriz para la generación de energía eléctrica, sino también como un medio para la protección de infraestructuras costeras. Así, la unión de un número determinado de dichos módulos permite la creación de estructuras que, separadas cierta distancia de la infraestructura a proteger, p.ej. un puerto, un parque eólico marino, etc., no sólo la protejan, sino que constituyan una fuente de energía renovable y limpia.

Antecedentes de la invención

Como es conocido, en los últimos años se está dando un gran impulso de las energías renovables de forma que la dependencia de las energías contaminantes, en su mayoría provenientes de los combustibles fósiles, disminuya, evitando así la emisión de gases de efecto invernadero y el calentamiento global del planeta.

Dentro de estas energías renovables se encuentran algunas como la hidroeléctrica, la eólica, la solar, la biomasa, la eólica y, junto con ellas, aquellas que persiguen utilizar la energía del mar, donde destacan la energía mareomotriz, que aprovecha las mareas, y la energía undimotriz, que aprovecha la energía de sus olas.

Concretamente, la energía undimotriz o energía de las olas es la captura de energía del movimiento de las olas que produce el viento para realizar un trabajo útil, por ejemplo, generar electricidad.

Sin embargo, a pesar de que la densidad de potencia extraíble de esta tecnología es sustancialmente mayor a otras como la eólica, en la práctica está siendo muy poco utilizada debido a los retos técnicos que hay que abordar y superar para que la misma opere de forma regular, por ejemplo, la dificultad de obtención de un rendimiento apropiado, su alto costo de instalación y mantenimiento debido al ambiente hostil en el que se instala, el transporte de la energía producida o la modificación del paisaje natural costero.

No obstante, existen en la actualidad algunas instalaciones ya en funcionamiento. Dentro de ellas se pueden distinguir aquellas que se encuentran en la costa y las que se encuentran alejadas de la misma.

En el caso de las primeras, se trata de instalaciones colocadas bien sobre lugares naturales como acantilados o fondos poco profundos o bien sobre infraestructuras tales como diques. Fruto de esta colocación cuentan con algunas ventajas, como por ejemplo la facilidad de instalación, la no necesidad de amarres, los menores costos de mantenimiento y la menor distancia para el transporte e integración de la energía producida. Sin embargo, por otro lado, cuentan con inconvenientes tales como el reducido número de ubicaciones adecuadas, el menor nivel energético del oleaje disponible en esos lugares y el impacto medioambiental y visual.

Por otro lado, de cara a superar algunos de los problemas de las anteriores y obtener un mayor rendimiento al aprovechar oleajes mayores, existen las instalaciones colocadas a unos cientos de metros de la costa y aguas poco profundas (10-40 metros). Sin embargo, las estructuras de este tipo hasta ahora conocidas también adolecen de una serie de problemas importantes.

Por ejemplo, en el caso de aquellas que se instalan en el fondo marino como es la conocida como “WaveRoller™”, estas necesitan anclarse firmemente a dicho fondo, por lo que su instalación está seriamente condicionada por el relieve oceánico. Además, el hecho de que estén sumergidas encarece notablemente su instalación, su conservación en un entorno tan hostil y, además, su muy difícil y costoso mantenimiento, lo que por otro lado condiciona el tamaño total de la estructura, que a día de hoy, es difícilmente escalable hasta un tamaño que permita industrializar la producción de energía.

Por otro lado, las infraestructuras flotantes actualmente empleadas intentan utilizar únicamente el movimiento superficial del mar, esto es, el oleaje de superficie, despreciando así toda la energía que contienen las olas en capas más profundas. Por ejemplo, se conoce la denominada “Wave Dragón™’’, que crea un gran estanque que se llena por rebalse de las olas incidentes para luego dejar caer esa agua por un gran sumidero u orificio central donde se encuentra una turbina hidroeléctrica, por lo que aprovecha la energía potencial del agua al pasar en sentido descendente. Esta técnica, por lo tanto, además de aprovechar sólo la parte superficial de la ola que rebasa la estructura, cuenta con el inconveniente de que necesita de una enorme estructura y complejidad técnica.

Por lo tanto, en el estado de la técnica se hace necesario contar con un sistema de producción de energía renovable basado en la energía undimotriz que, con un impacto ecológico mínimo, sea posible de instalar y mantener a un costo bajo, que sea robusto y aguante las duras condiciones del medio y perdure en el tiempo y, sobre todo, cuyo rendimiento a la hora de la producción de energía sea el suficiente para que sea amortizable.

Descripción de la invención

El módulo marítimo generador de energía eléctrica a partir de la energía de las olas de la presente invención resuelve todos los problemas del estado de la técnica antes citados, proporcionando además la ventaja adicional de constituir una protección para la costa o puerto de las olas del mar.

Para ello, dicho módulo generador está construido a partir del giraolas descrito en la solicitud de patente española n° P202130586, de este mismo solicitante.

Así, el módulo generador de la presente invención comprende, de forma general, un cuerpo con una cara anterior o activa sobre la que golpean las olas, que se sitúa a barlomar, una cara posterior situada a sotamar y sendas caras laterales.

Concretamente, la cara anterior a su vez comprende una pluralidad de superficies, donde cada una de las cuales tiene una inclinación diferente, es decir, donde cada una de dichas superficies cuenta con inclinaciones a diferentes ángulos con respecto a la horizontal y donde, preferentemente el ángulo definido por cada superficie aumenta desde la superficie delantera a la superficie trasera.

Más concretamente, atendiendo al orden con el que las olas impactan en dichas superficies estas se denominan como:

- una superficie delantera, que es la primera en la que impactan las olas;

- una pluralidad de superficies intermedias; y

- una superficie trasera o última en la que impactan las olas.

Donde cada superficie es, preferentemente, diferente en tamaño al resto y además va en disminución desde la superficie delantera a la superficie trasera.

Más concretamente, el módulo generador de la presente invención comprende, en al menos una de las superficies intermedias, una entrada para el agua que se extiende hacia el interior y que desemboca o se une a una tubería o conducción a la cual se encuentra acoplada al menos una turbina, la cual a su vez se encuentra acoplada al correspondiente generador de energía eléctrica, y donde dicha tubería se extiende más allá de la turbina hasta desembocar al exterior por la cara posterior situada a sotamar del módulo generador para dar salida al exterior del agua del interior del módulo.

Así, cuando la ola llega al módulo generador, que recordamos es a su vez un giraolas, es conducida por la primera superficie, la superficie delantera, lo que produce un efecto de concentración de energía que es la que se aprovecha cuando la ola entra por la entrada o entradas situadas en las superficies intermedias y, por consiguiente, la que mueve la turbina o turbinas que a su vez son las encargadas junto con el generador de la producción de energía eléctrica.

Además, hay notar que, gracias al efecto de giraolas del módulo generador de la invención, el agua situada en la parte posterior del mismo, es decir, a sotamar, se encuentra en reposo, lo que es fundamental para que se cree una diferencia de potencial (presión) a ambos lados y por lo tanto la eficacia de la invención sea óptima.

Por último, el módulo generador de la invención podrá unirse a otros con el fin de crear estructuras de longitud variable en función tanto de la necesidad de generación de energía eléctrica como de la necesidad de protección de la costa, puerto o infraestructura.

Breve descripción de los dibujos

Para mejor comprensión de cuanto se ha expuesto, se acompañan unos dibujos en los que, esquemáticamente y tan sólo a título de ejemplo no limitativo, se representa un caso práctico de realización.

La figura 1 muestra una vista esquemática en sección lateral del módulo de la invención en donde se aprecian las aberturas en dos de las superficies y los distintos elementos utilizados para la generación de energía eléctrica.

La figura 2 muestra una vista esquemática parcial en alzado frontal de las dos superficies de la figura 1 en donde se encuentran las aberturas.

La figura 3 muestra una vista esquemática frontal de una estructura generadora formada por la unión de cuatro módulos como los de las figuras 1 y 2.

La figura 4 muestra una vista esquemática en perspectiva de la estructura generadora de la figura 3.

La figura 5 muestra una figura esquemática que muestra un módulo o superficie según las figuras anteriores flotando en el mar y fondeada en el lecho marino.

Descripción de una realización preferente

A la vista de las figuras aportadas, puede observarse cómo en un modo de realización preferente de la invención, el módulo marítimo generador de energía eléctrica de la presente invención comprende un cuerpo (1), con una cara anterior (1') activa sobre la que golpean las olas, es decir, que queda situada a barlomar cuando se encuentra en el agua, una cara posterior (1'') situada a sotamar cuando se encuentra en el agua y sendas caras laterales (1''').

Dicho cuerpo (1), según el posible ejemplo de realización mostrado en las figuras 1 y 2, cuenta con una anchura a = 5m y una altura total h = 9m, dimensiones que resultan óptimas para que el mismo pueda operar en zonas con una profundidad de aproximadamente 30 metros y olas de aproximadamente 3 m. Así, en el caso de, por ejemplo, unir 4 de estos módulos se obtendría una estructura de anchura a' = 20m como la mostrada en la figura 3 y que, a su vez, podría unirse a otras para crear bloques aún mayores de, por ejemplo, anchura a'' = 100 metros, como en la representación esquemática de la figura 4.

Tanto los módulos como las estructuras o los bloques formados por dichas estructuras serán susceptibles de disponerse en el fondo marino en realizaciones fijas, en cuyo caso se incorporarán los elementos necesarios tales como pilotes, diques, etc. que ayuden a mantener su posición

Alternativamente, y de forma preferida, tanto los módulos como las estructuras o los bloques formados por dichas estructuras serán susceptibles de disponerse flotando en el mar, tal y como puede verse en la figura 5, en cuyo caso serán necesarios elementos de sujeción por la zona de barlomar tales como cadenas, cables, etc., así como uno o más fondeos (9).

Por otro lado, como ya se indicó, la cara anterior (1’) del cuerpo (1) comprende una pluralidad de superficies (2), donde cada una de las cuales tiene una inclinación diferente, es decir, donde cada una de dichas superficies (2) cuenta con inclinaciones a diferentes ángulos con respecto a la horizontal y donde, preferentemente, el ángulo definido por cada superficie (2) con la horizontal aumenta desde la superficie delantera (2a) a la superficie trasera (2e).

Más concretamente, para el ejemplo de realización mostrado en las figuras, el módulo generador comprende en su cara anterior (1’) con 5 superficies (2) inclinadas que, atendiendo al orden con el que las olas impactan en las mismas, se numeran como:

- una superficie delantera (2a);

- tres superficies intermedias (2b), (2c) (2d); y

- una superficie trasera (2e).

Donde, como ya se dijo, cada superficie (2) es, según una realización preferente, diferente en tamaño al resto de superficies y donde dicho tamaño va en disminución desde la superficie delantera (2a) a la superficie trasera (2e), estando dicha diferencia de tamaño basada en la altura de cada una de dichas superficies (2), pues como se ha visto, su anchura a es igual para todas ellas. Es decir, que el tamaño de la superficie delantera (2a) será mayor que el de las superficies intermedias (2b), (2c) y (2d) y que el de la trasera (2e).

De acuerdo con una posible realización, el ángulo definido por la superficie delantera (2a) con la horizontal está comprendido entre 20° y 30°, los ángulos definidos por las superficies intermedias (2b), (2c) y (2d) están comprendidos entre 40° y 80°, y el ángulo definido por la superficie trasera (2e) es de 90°.

Igualmente, de acuerdo con una posible realización, la longitud de la superficie delantera (2a) está comprendida, por ejemplo, entre el 50 % y el 100 % de la altura total del cuerpo h, las longitudes de las superficies intermedias (2b), (2c) y (2d) están comprendidas entre el 20 % y el 50 % de la altura total del cuerpo h, y la longitud de la superficie trasera (2e) está comprendida entre el 20% y el 50% de la altura total del cuerpo h.

En relación con lo anterior, al hablarse de la longitud de las superficies (2), dicha longitud debe entenderse como la medida entre los bordes superior e inferior de cada superficie (2), que forman el plano inclinado, pues como ya se ha visto, a la anchura propiamente dicha de las superficies se le ha denominado "a” y es igual en todas ellas pues se corresponde con la del propio cuerpo (1) del módulo”.

Por otro lado, y de acuerdo ya con la parte esencial de la invención, el módulo generador de la presente invención comprende, en al menos una de las superficies intermedias (2b, 2c, 2d), una entrada (3) para el agua que se extiende hacia el interior y que desemboca o se une a una tubería (4) o conducción a la cual se encuentra acoplada al menos una turbina (5), la cual a su vez se encuentra acoplada al correspondiente generador (6) de energía eléctrica.

Según además una posible realización, dicha entrada (3) para el agua de mar cuenta con una forma rectangular que ocupa sólo una porción del ancho total del cuerpo (1) del módulo, es decir, sólo una porción del ancho total de la superficie intermedia (2b, 2c o 2d) en la que se encuentra pero, por otro lado, ocupando toda la altura de dicha superficie intermedia (2b, 2c o 2d) en la que se encuentra, definiendo así una entrada (3) de forma rectangular vertical tal y como puede verse en la figura 2, aunque también con la inclinación propia de esa superficie intermedia (2b, 2c o 2d) en la que se encuentra, tal y como puede apreciarse en la figura 1.

Siguiendo con el ejemplo de realización anterior, apreciable en la figura 2, en el que el cuerpo (1) tiene una anchura a = 5m, la entrada (3) tendría a su vez una anchura de 1,5m, pero extendiéndose a lo largo de toda la altura de la superficie (2b, 2c o 2d) en la cual se encuentra, definiendo así una sección rectangular S.

Por otro lado, tal y como se puede ver en la vista en sección de la figura 1, la entrada (3) se extiende hacia el interior del cuerpo (1) del módulo de forma que la sección rectangular S va disminuyendo su altura hasta convertirse en una sección cuadrada s y, por lo tanto, de altura 1,5m igual a la anchura de la entrada en su parte exterior que como se ha dicho es de 1,5m para este ejemplo de realización, momento en el cual se une a la tubería (4), mediante los elementos conectores oportunos, siendo dicha tubería (4) preferiblemente de sección circular de, por ejemplo, 80cm de diámetro.

Dicha tubería (4), tal y como puede verse en el ejemplo de realización mostrado en la figura 1, gira 90° para pasar de una posición horizontal en el punto de unión con la entrada (3) a una posición vertical y ascendiendo a lo largo de la altura del cuerpo (1) del módulo de la invención hasta un punto cercano al borde superior de dicho cuerpo (1), momento en el cual vuelve a girar (90°) para desembocar al exterior por la cara cara posterior (1’’) situada a sotamar para dar salida al exterior del agua del interior del módulo, preferiblemente en posición horizontal para que la resistencia ofrecida sea la menor posible. Además, en esa desembocadura, dicha tubería (4) es susceptible de presentar en su extremo final una conicidad (4’) de diámetro mayor con el fin de facilitar la salida y entrada del agua (cuando llega la ola y cuando se va respectivamente) y que según una realización preferente podría medir hasta 2m de diámetro.

Por otro lado, como también se aprecia en dicha figura 1, en un punto intermedio del recorrido vertical de dicha tubería (4), se encuentra la turbina (5), que según una posible realización podrá ser reversible para aprovechar el retorno del fluido por acción de la presión negativa al retroceder la ola. Por otro lado, la turbina (5) a su vez se encuentra acoplada al correspondiente generador (6) de energía eléctrica, el cual estará situado, según dicha realización preferente, en la zona superior del cuerpo (1), justo por debajo o sobre una plataforma (7) con la que cuenta el módulo en la parte posterior de la superficie trasera (2e), plataforma (7) que permite la circulación de los operarios (8) para las tareas de mantenimiento.

Por otro lado, según muestra la figura 1, una posible realización de la invención consiste en que en cada cuerpo (1) del módulo haya más de una entrada (3) de agua, dos en este caso, siendo la condición óptima de funcionamiento aquella en la que cada una se sitúa en una superficie intermedia (2) diferente pero contigua, (2b) y (2c) en el caso concreto mostrado, y donde ambas se sitúan de forma paralela, es decir, no una sobre la otra en lo que sería una línea vertical, sino una al lado de la otra sobre 2 líneas verticales paralelas hipotéticas distintas y colocadas de forma simétrica con respecto a la mitad del cuerpo (1).

Concretamente, siguiendo con el ejemplo anterior, apreciable en la figura 2, en el que el cuerpo (1) tiene una anchura a = 5m, las dos entradas (3) tienen a su vez una anchura de 1,5m, lo que supone que la separación entre ambas es de 1m y su distancia a las respectivas caras laterales (1’’’) de 0,5m. Por otro lado, como en el caso anterior, dichas aberturas (3) ocupan cada una toda la altura de la superficie respectiva (2b, 2c) en la cual se encuentran, definiendo así una sección rectangular S.

Igualmente, cada una de esas entradas (3) se extiende hacia el interior hasta alcanzar una sección cuadrada s, momento en el cual se unen a la tubería (4) en la que se encuentra la turbina (5), pudiendo ser dicha tubería (4) única en el caso de que las dos entradas se unan a la misma o bien doble en el caso de que cada una de las entradas (3) tenga su propia tubería (4), como puede verse en el ejemplo de realización mostrado en la figura 3, en donde, por lo tanto, cada tubería (4) contará con su respectiva turbina (5) y, a su vez, cada turbina (5) estará acoplada a su respectivo generador (6) de energía eléctrica. En ese caso, también cada tubería

En ese caso, al igual que en el de una única entrada (3) antes mencionado, cada una de las tuberías (4) pasa de una posición horizontal en el punto de unión con su respectiva entrada (3) a una posición vertical, ascendiendo a lo largo de la altura del cuerpo (1) del módulo de la invención hasta un punto cercano al borde superior de dicho cuerpo (1), momento en el cual vuelven a girar (90°) para desembocar al exterior por la cara cara posterior (1’’) situada a sotamar para dar salida al exterior del agua del interior del módulo. Además, en esa desembocadura, cada tubería (4) presenta en su extremo final una conicidad (4’) de diámetro mayor para facilitar la salida y entrada del agua.

Por último, de cara a evitar que se introduzcan dentro del cuerpo (1) del módulo objetos u organismos marinos extraños que puedan recibir daño o dañar la turbina (5), tanto las entradas (3) a barlomar como las salidas con conicidad (4’) de la tubería (4) a sotamar comprenden rejillas.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. - Módulo marítimo generador de energía eléctrica que comprende un cuerpo (1), con una cara anterior (1’), una cara posterior (1’’) y sendas caras laterales (1’’’) donde la cara anterior (1’) comprende a su vez una pluralidad de superficies (2) formadas por:

- una superficie delantera (2a);

- varias superficies intermedias (2b), (2c) (2d); y

- una superficie trasera (2e).

de tal manera que cada una de dichas superficies (2) tiene un ángulo de inclinación respecto a la horizontal diferente y donde dicho ángulo aumenta desde la superficie delantera (2a) a la superficie trasera (2e),

caracterizado por que en al menos una de las superficies intermedias (2b, 2c, 2d) comprende una entrada (3) para el agua que se extiende hacia el interior del cuerpo (1) y que se une a una tubería (4) a la cual se encuentra acoplada al menos una turbina (5) que es accionada al paso del agua del mar y que a su vez se encuentra acoplada a un generador (6) de energía eléctrica, y donde dicha tubería (4) desemboca al exterior por la cara posterior (1’’’) del cuerpo, donde la tubería (4) comprende en su extremo final, en correspondencia con la desembocadura, una conicidad (4’) de diámetro mayor con el fin de facilitar la salida y entrada del agua, y

donde la turbina (5) es reversible para aprovechar el retorno del fluido por acción de la presión negativa al retroceder la ola.

2. - Módulo marítimo generador de energía eléctrica según reivindicación 1, caracterizado por que comprende dos entradas (3) de agua y porque cada una se sitúa en una superficie intermedia (2b), (2c) (2d) distinta.

3. - Módulo marítimo generador de energía eléctrica según reivindicación 2, caracterizado por que las entradas (3) se sitúan en superficies intermedias (2) contiguas entre sí.

4. - Módulo marítimo generador de energía eléctrica según reivindicación 2 o 3, caracterizado por que las dos entradas (3) se sitúan de forma paralela y simétrica con respecto a la mitad del cuerpo (1).

5. - Módulo marítimo generador de energía eléctrica según reivindicación 2, 3 o 4, caracterizado por que las dos entradas (3) se unen a la misma tubería (4) en la que se encuentra la turbina (5).

6. - Módulo marítimo generador de energía eléctrica según reivindicación 2, 3 o 4, caracterizado por que las dos entradas (3) se unen cada una a una tubería (4) distinta y por que cada tubería (4) comprende su respectiva turbina (5) y, a su vez, cada turbina (5) está acoplada a su respectivo generador (6) de energía eléctrica.

7. - Módulo marítimo generador de energía eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la entrada o entradas (3) ocupan sólo una porción del ancho total de la superficie intermedia (2b, 2c o 2d) en la que se encuentran.

8. - Módulo marítimo generador de energía eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la entrada o entradas (3) ocupan toda la altura de dicha superficie intermedia (2b, 2c o 2d) en la que se encuentran, definiendo una entrada (3) de forma rectangular vertical.

9. - Módulo marítimo generador de energía eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la tubería (4) gira 90° para pasar de una posición horizontal en el punto de unión con la entrada (3) a una posición vertical y ascender a lo largo de la altura del cuerpo (1) hasta un punto cercano al borde superior de dicho cuerpo (1), momento en el cual vuelve a girar (90°) para desembocar al exterior por la cara cara posterior (1’’).

10. - Módulo marítimo generador de energía eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que cada superficie (2) es diferente en tamaño al resto de superficies y donde dicho tamaño va en disminución desde la superficie delantera (2a) a la superficie trasera (2e).

11. - Módulo marítimo generador de energía eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el generador (6) de energía eléctrica se sitúa sobre una plataforma (7) con la que cuenta el cuerpo (1) en la parte posterior de la superficie trasera (2e).

12. - Módulo marítimo generador de energía eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que el generador (6) de energía eléctrica se sitúa justo por debajo de una plataforma (7) con la que cuenta el cuerpo (1) en la parte posterior de la superficie trasera (2e).

13.- Módulo marítimo generador de energía eléctrica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las entradas (3) y las salidas con conicidad (4’) de la tubería (4) a comprenden rejillas.

14.- Estructura marítima generadora de energía compuesta por varios de los módulos descritos en las reivindicaciones 1 a 13 unidos entre sí.