ES2922357A1

ES2922357A1 - Modulo convertidor de la energia undimotriz de las olas en energia electrica

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Publication number: ES2922357A1
Application number: ES202130168A
Authority: ES
Inventors: Plane Manuel Cegarra
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-02-26
Filing date: 2021-02-26
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2041-02-26
Also published as: ES2922357B2

Abstract

Módulo convertidor de la energía undimotriz de las olas en energía eléctrica. Este módulo convertidor de energía undimotriz en energía eléctrica está caracterizado porque esencialmente se compone, al menos, de las siguientes partes o elementos: - El Deflector, elemento captor de dos piezas (1), que dirige el flujo del agua captada, por medio de los conductos de aceleración (2), hacia el corazón del módulo, que consiste en un conjunto de ruedas hidráulicas (3) de eje horizontal orientado perpendicularmente a la dirección del oleaje, conectadas hidráulicamente entre sí, sin ningún tipo de conexión mecánica por sólidos. El deflector, por el gran desarrollo vertical entre sus dos piezas, capta mayor volumen de agua que la meramente superficial, lo que se acrecienta con la ampliación en horizontal del frente de captación, realizadas por otras dos piezas (18) (19) de perfil hidrodinámico. - El conjunto de los elementos citados componen la parte fundamental del módulo, la turbina undimotriz, en cuyas ruedas hidráulicas (3) se realiza la conversión entre los diversos tipos de energía mecánica (oscilatoria, cinética lineal, potencial; previamente a su conversión final en energía eléctrica), por la concatenación de ruedas en escalera, que van elevando el agua de nivel. Hay determinadas ruedas del conjunto (3.1) (3.2), que no solamente reciben el empuje directo de la ola, sino también de la corriente del conducto de aspiración (7), que sale del depósito (5). - Casi al final del conducto de aspiración (7) se abre un conducto (16) que conecta aquel con el espacio (4), delimitado por los sistemas deflector (1) y de aceleración (2), para que en el valle de la ola, al abrirse la válvula antirretorno (6.6), se produzca efecto succión. Con esto, junto con el control de la salida del agua del depósito (5), en función del algoritmo fijado, se mantiene producción continua de electricidad, incluso en aguas bajas. - Completan el módulo los equipos de generación eléctrica, que son, entre otros, los siguientes: turbina rotatoria (8), de eje vertical (9), y generador rotatorio (11), además de generador lineal (15) conectado por eje vertical (14) a un flotador (13), que se mueve en vaivén, subiendo y bajando con la variación de nivel del agua en el depósito (5).

Description

DESCRIPCIÓN

Módulo convertidor de la energía undimotriz de las olas en energía eléctrica

Sector de la técnica

El sector de la técnica en la que se encuadra esta Patente de Invención se corresponde con el SECTOR DE GENERACIÓN DE ELECTRICIDAD, dentro del cual se encuadra como especialmente útil en el campo de las ENERGIAS RENOVABLES LIMPIAS (que no emiten gases contaminantes) y dentro de este grupo, en las correspondientes a las ENERGÍAS MARINAS del tipo UNDIMOTRIZ, es decir, las que utilizan las energías cinética y potencial presentes en las olas del mar.

Más en concreto, la invención se encuadra en el Subsector Tecnológico de las Turbinas o máquinas hidráulicas de aprovechamiento de la energía de las corrientes de agua, en este caso, del agua marina de las olas (energía undimotriz), en las que las moléculas de agua tienen un movimiento oscilatorio, con trayectoria cerrada (cuasi circular-eliptica), en contraposición a las corrientes de agua de trayectoria abierta, que se aprovechan con las turbinas existentes hace ya un tiempo.

Antecedentes de la invención

La actual situación energética que estamos viviendo, con una escasez de recursos de productos fósiles llamados a desaparecer en un plazo de tiempo no demasiado dilatado, así como el alto grado de contaminación de CO2 y NOx y el efecto invernadero que producen, junto con el elevado riesgo que presenta el aprovechamiento de la energía nuclear y el problema que actualmente presenta el deshacerse de sus residuos, hacen que la Humanidad vuelva sus ojos hacia la utilización de las energías renovables, que la naturaleza ofrece de manera gratuita y abundante.

Bien por este motivo, como por la necesidad de abastecer de energía eléctrica puntos aislados de las redes de suministro (por ejemplo, islas, plataformas petrolíferas, etc.) se hace precisa la búsqueda de la conversión de la fuente de energía más próxima a la zona de su utilización y que, precisamente, en los puntos referenciados anteriormente, la fuente energética más cercana es la que está presente en el movimiento de las olas, energía conocida con el nombre de UNDIMOTRIZ.

Este último tipo de energía, la UNDIMOTRIZ, por su constante presencia en su entorno (con mayor o menor potencia pero siempre presente) y bastante previsible (debido al conocimiento que se tiene sobre mareas, efectos del viento, influjo del Sol, etc.) a diferencia de otras energías renovables y limpias, como la FOTOVOLTAICA, presente cuando brilla el Sol o la EÓLICA, que solo se produce cuando el viento sopla por encima de una determinada velocidad, ha reclamado, desde siempre, el interés de los investigadores a fin de poder satisfacer las demandas energéticas que el desarrollo de la Humanidad está requiriendo, cada vez, en mayor grado.

Son diversos los países que, desde hace más de 30 años, están tratando de obtener un progreso significativo en la tecnología para la conversión en electricidad de este tipo de energía.

Modelos de convertidores de la energía de olas ya existentes son, entre otros:

• Sistema WAVEDRAGON, en Dinamarca.

• Sistema TAPCHAN, en Noruega.

• Sistema convertidor KVAERNER, de columna de agua oscilante.

• Sistema OSPREY, muy parecido en su funcionamiento al Sistema TAPCHAN.

• Portugal tenía en proyecto la construcción de 2 parques de olas (uno utilizando la tecnología PELAMIS que acabó desechando por la incapacidad del artefacto de soportar las extremas condiciones marinas) y el otro, usando un convertidor OWC.

• Reino Unido comenzó, en 1.974, su interés por esta energía, investigando sobre el dispositivo conocido como PATO SELTER y, actualmente, se está desarrollando un importante complejo de ensayos en Escocia, basados en el aprovechamiento de las corrientes marinas, mediante la utilización de grandes turbinas fijadas al fondo del mar y cuyas palas son accionadas por tales corrientes submarinas.

• Suecia tiene el primer absorbedor puntual conocido como IPS y otro en proyecto, conocido como HOUSE PUMP.

• Francia tiene una planta piloto en la isla de Pico, basado en la tecnología OWC.

• Italia ha desarrollado un nuevo dispositivo utilizando un convertidor giroscópico flotante. En la actualidad, en España, se están desarrollando diversos proyectos, entre los cuales figura el de Santoña, que utiliza la tecnología OPT (OCEAN POWER TECHNOLOGIE), el UNDIGEN, el FAHEMAR 2.0 (que utiliza un generador de tipo lineal), el PIPO SYSTEM, y el SENDEKIA, una turbina accionada por una Boya.

Los dispositivos utilizados para aprovechamiento de este tipo de energía marítima deberán estar diseñados de acuerdo con las características medioambientales de la zona y contingencias de la misma y no solo la agresividad química del medio marino, sino que debe contemplar otros valores como las condiciones de máxima amplitud de la ola, y también las mareas vivas que se produzcan en la zona y que, en caso de superarse esas condiciones, y puedan significar una situación peligrosa, el dispositivo deberá situarse en una posición segura, en la que pueda verse libre de daños.

Otro aspecto que debe contemplarse, puesto que las olas no se presentan de manera uniforme, sino que aparecen formando los denominados "trenes de olas” con distintas características definitorias en lo que a la altura significativa (Hs) y a su Período (T) se refiere, el dispositivo debería diseñarse de forma que abarcase el mayor espectro posible de dichas olas y a la potencia de los frentes de ola correspondientes.

La diversidad de las olas de un determinado entorno se refleja en la tabla de ocurrencias indicada a continuación, facilitada por el organismo PUERTOS DEL ESTADO, según los datos históricos recogidos durante el año 2019 por la Boya LANGOSTEIRA II de LA CORUÑA.

Explicación de la invención

El MÓDULO CONVERTIDOR descrito a continuación tiene como finalidad el aprovechamiento de la energía presente en las olas (ENERGÍA UNDIMOTRIZ) y su transformación en ENERGÍA ELÉCTRICA.

Puesto que las olas están formadas por dos tipos de energía mecánica (cinética y potencial), el propósito de este MÓDULO CONVERTIDOR DE ENERGÍA UNDIMOTRIZ es captar la citada energía, convirtiéndola primeramente toda ella en energía potencial, lo que se consigue mediante la elevación del nivel del agua dentro de un Depósito (5), de tal forma que dicho nivel se encuentre normalmente por encima del que el mar tiene en el exterior de dicho Depósito.

Conseguido lo anterior, se realiza después el proceso inverso, de conversión de la energía potencial almacenada en energía cinética, dando salida al agua almacenada en el Depósito (5) a través de una turbina rotatoria (8), la cual acciona el correspondiente Generador rotatorio (1 l) de Eje vertical (9). Se complementa el aprovechamiento energético con la utilización de un Flotador (13), cuyo movimiento oscilatorio de vaivén vertical deviene en energía eléctrica, mediante el empleo de un Generador Lineal (15).

Así que, en el MÓDULO CONVERTIDOR que se patenta, se realizan tres tipos de trasformaciones energéticas:

- 1 - De energía undimotriz (oscilatoria) a energía mecánica potencial, mediante el conjunto de artificios, llamado TURBINA UNDIMOTRIZ, la cual convierte las trayectorias de las moléculas de agua de cerradas en abiertas, y posteriormente pasa la energía cinética a potencial en el Depósito (5).

- 2 . - De energía mecánica potencial a energía mecánica cinética (tanto de movimiento giratorio de eje vertical, como de movimiento de vaivén lineal, también de eje vertical), mediante una Turbina rotatoria convencional (8) y un Flotador (13), respectivamente; - 3.- De energía mecánica cinética (giratoria y de vaivén) a energía eléctrica, mediante los Generadores apropiados correspondientes: Alternador (11) y Generador Lineal (15), respectivamente.

Controlando la velocidad de salida del agua del Depósito (5), que va parar al Conducto de Aspiración (7), en función del algoritmo fijado, se logra mantener en todo momento la producción continua de electricidad, incluso en aquellos de aguas bajas (Valle de la ola).

Esencialmente, este MÓDULO CONVERTIDOR se compone al menos de las siguientes partes:

- Primera, (TURBINA UNDIMOTRIZ), constituida por las siguientes piezas:

^oElemento Captor y concentrador de la energía undimotriz de la ola (Deflector), constituido por dos piezas (1) cuya misión es dirigir todo el flujo de la ola entrante hacía la parte central del MÓDULO, lo que se mejora con la aplicación de dos formas (18) hidrodinámicas, a ambos lados (derecha e izquierda) del Deflector (1).

^oConductos de Aceleración y guía (2) hacia las Ruedas Hidráulicas de eje horizontal (3) de la Turbina Undimotriz.

^oConjunto de Ruedas Hidráulicas de eje horizontal (3), que constituyen la parte fundamental ("el corazón”) de la Turbina Undimotriz, que son accionadas en general por los flujos de agua que provienen de la ola, a través de los Conductos de Aceleración (2), así como algunas de las Ruedas, (3.1) y (3.2), también por el que fluye por el Conducto de Aspiración (7), de sentido contrario, pero compatible con los primeros.

- Segunda: Depósito (5) de almacenamiento de la energía en forma de agua acumulada y elevada, es decir, como energía potencial en el campo gravitatorio.

- Tercera: Equipo de generación de energía eléctrica, utilizando turbina giratoria de eje vertical (8), alimentada a partir del agua almacenada en el Depósito (5), y su correspondiente Generador rotatorio (11), asimismo que un Flotador (13) y su correspondiente Generador Lineal (15).

Como componentes de las tres partes anteriores se encuentran los siguientes Sistemas:

- SISTEMA DEFLECTOR

- SISTEMA DE ACELERACIÓN

- SISTEMA DE RUEDAS HIDRÁULICAS

- SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE AGUA

- SISTEMA DE VÁLVULAS ANTIRRETORNO

- SISTEMA DE DETECCIÓN DE LA POTENCIA DEL FRENTE DE LA OLA

- SISTEMAS DE CONTROL DEL NIVEL DEL AGUA EN EL DEPÓSITO

- SISTEMA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA

- SISTEMA DE TRATAMIENTO DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

- SISTEMA DE PROTECCIÓN DEL MÓDULO CONTRA INVERSIONES DE CORRIENTE

- SISTEMA DE COMUNICACIÓN DE SEÑALES ENTRE MÓDULO Y CENTRAL

- SISTEMA DE CONTROL AUTOMATIZADO DEL MÓDULO

Las características de los Sistemas presentes en el MÓDULO CONVERTIDOR, listados en lo que antecede, se describen a continuación:

- SISTEMA DEFLECTOR

El SISTEMA DEFLECTOR está constituido por dos piezas (1) cuya misión es dirigir todo el potencial de la ola entrante hacía el interior de los Conductos de Aceleración (2).

Las dos piezas (1) que constituyen el Sistema Deflector tienen un gran desarrollo vertical, entre la pieza superior y la inferior, alcanzando la profundidad en la que todavía es apreciable la energía de la ola, por lo que se aprovecha la energía undimotriz de una masa de agua mucho mayor que la meramente superficial.

Dicho Sistema Deflector está diseñado de forma hidrodinámica para que en el choque de la ola contra dichas piezas se produzca la menor pérdida de energía posible y que llegue a los conductos de Aceleración (2) con su mayor rendimiento. Se disponen a ambos lados del Deflector (1) otras dos piezas (18) de perfil hidrodinámico, que ensanchan en horizontal el frente de captación del agua de las olas. Cada una de estas dos piezas (18) se fortalecen frente a la deformación mediante una parte estructural (19).

- SISTEMA DE ACELERACIÓN

El SISTEMA DE ACELERACIÓN está constituido por conductos cuyo objetivo es laminar el flujo del agua que ha impactado en el Sistema Deflector (1), de forma que el mismo llegue sin turbulencias a la zona donde se encuentra el Sistema de Ruedas Hidráulicas de eje horizontal (3). Este sistema se compone de dos piezas (2) situadas repartiéndose el espacio vertical entre las dos piezas del Deflector (1) (inferior y superior), constituyendo, entre las cuatro piezas, conductos de Aceleración (2) y guiado de los flujos de agua. Otro objetivo de este Sistema es concentrar los volúmenes de agua en los puntos de aplicación más favorables de las Ruedas (3), dónde se produzca la máxima eficiencia.

- SISTEMA DE RUEDAS HIDRÁULICAS

Este SISTEMA está constituido por un conjunto de RUEDAS HIDRÁULICAS (3) de eje horizontal orientado perpendicularmente a la dirección del frente de ola, y cuya función es recibir el agua marina transportada por los Conductos de Aceleración (2), ir pasándola a cada una de las siguientes Ruedas (3), elevar dicha agua e inyectarla finalmente en el Depósito (5) de almacenamiento (4).

El conjunto de estas Ruedas constituye el corazón de la TURBINA UNDIMOTRIZ, dónde se realiza la conversión entre los diversos tipos de energía mecánica (oscilatoria, cinética lineal, potencial; previamente a su conversión en energía eléctrica), por la concatenación de Ruedas en disposición de escalera, que van elevando sucesivamente el agua de nivel.

Cada Rueda está provista de álabes, cuyo número es función de los parámetros propios de las Ruedas (número y diámetros de ellas).

Lo que caracteriza esencialmente a la TURBINA UNDIMOTRIZ es que, cualquiera que sea el número y diámetro de las Ruedas, y la forma y número de los álabes de cada una de ellas Ruedas, la conexión entre ellas es exclusivamente hidrodinámica, estando en estrecho contacto físico, o por la materialidad de las mismas Ruedas, sino por los flujos de agua entre ellas, es decir, que la transmisión de la energía se hace mediante el paso de flujos de agua entre cada dos Ruedas, no siendo utilizada ninguna conexión de tipo mecánico sólido entre ellas, lo que minimiza las pérdidas de energía por rozamiento.

Se puede decir que la máquina a patentar es una Turbina Undimotriz independientemente del número de Ruedas Hidráulicas que posea, sea menor o mayor. En el límite inferior, caso de una sola Rueda Hidráulica, sigue estando constituida la Turbina Undimotriz. Igualmente pasa con los diámetros de las Ruedas, y con la forma y número de sus álabes.

Hay determinadas Ruedas del conjunto, las (3.1) y (3.2), que tienen una marcada especificidad, que consiste en que están accionadas a la vez por dos flujos de agua de sentido contrario, el primero de los cuales es el que discurre por el conducto de Aceleración (2) inferior impulsado por el empuje de las olas que se abaten sobre el Deflector (1), mientras que el segundo flujo es el que circula por el Conducto de Aspiración (7) de la Turbina (8), a través de la cual evacúa el Depósito (5). Esto es posible por estar dispuesta dichas dos Ruedas (3.1) y (3.2) linealmente, una tras otra, y situadas entre los dos conductos citados (2) y (7), de tal manera que los dos flujos de agua respectivos, aunque sean de sentido contrario, son compatibles para producir el movimiento giratorio acrecentado de las Ruedas.

Otra Rueda, la (3.4), situada a nivel superior de todas, es la que hace función de alimentadora directa de agua al Depósito (5), abriendo bajo su impulso la válvula antirretorno (6.3), a la que ha llegado el agua subiendo gradualmente de nivel, por la función de escala continua del conjunto de todas las Ruedas.

Casi al final del Conducto de Aspiración (7) se abre un Conducto de conexión (16) con el espacio (4) delimitado por el Sistema Deflector (1) y los Conductos de aceleración (2), con objeto de que en el momento del Valle de la ola (cuando las moléculas de agua cambian su trayectoria de sentido hacia la Turbina Undimotriz por la de sentido contrario, alejándose de ella), se produzca un efecto de Succión que ayude a potenciar el de Aspiración y mejorar así el rendimiento energético del MÓDULO.

- SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE AGUA

El SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE AGUA consiste en un Depósito (5), adecuadamente controlado, que mantiene un salto diferencial con respecto al nivel del mar presente en su exterior lo suficientemente aprovechable para que accione la turbina (8) dispuesta en el fondo del Depósito (5) y la mantenga funcionando el máximo tiempo posible. Del fondo del Depósito (5) citado arranca el Conducto de Aspiración (7) de la turbina antedicha.

Además de esta turbina citada, se dispone dentro del Depósito (5) un sistema de Flotador (13), que se mueve en dirección vertical, arriba y abajo, siguiendo la oscilación del nivel del agua dentro del Depósito (5) Dicho Flotador (13) está conectado mediante un Eje vertical (14) con un Generador de tipo Lineal (15), que incrementa la energía eléctrica conseguida por el MÓDULO.

Las entradas de agua en el Depósito (5) son múltiples, indicadas por la válvula antirretorno que le corresponde, y enumeradas por orden de su ubicación a mayor o menor altura respecto al nivel del agua del mar:

- Válvula (6.2), flujo directo de las olas de mayor altura.

- Válvula (6.1), flujo directo de las olas de menor altura.

- Válvula (6.3), flujo de alimentación procedente de la Rueda superior (3.4).

- Válvula (6.4), entrada de agua por la pared trasera del Depósito (5), cuando el nivel del mar en el exterior es mayor que en el interior del mismo; tiene la finalidad de que pueda completarse el llenado del Depósito (5) cuando el nivel del mar en el exterior esté por encima del nivel interior del mismo.

La salida de agua del Depósito (5) es única, por el fondo de éste, pasando siempre a través de la turbina rotatoria (8) citada, cuyo Conducto de Aspiración (7), con la válvula antirretorno (6.5) en su inicio, sirve de desagüe del propio Depósito (5).

Las entradas de agua en el Depósito (5) son autónomas, pues dependen exclusivamente del oleaje presente, mientras que la salida de agua se puede graduar actuando sobre la posición de los álabes de la turbina (8).

La optimización de la producción de electricidad (suma de los dos procedimientos: turbina rotatoria (8) y Generador Lineal (15) se consigue, en función del algoritmo fijado, atendiendo a la variación de los niveles del agua en el Depósito (5).

- SISTEMA DE VÁLVULAS ANTIRRETORNO

Este SISTEMA está formado por una serie de válvulas (6) de antirretorno (o de retención) que, adecuadamente dispuestas, impiden que el flujo del agua tomen sentido contrario al deseado en el conducto dónde se insertan.

Aparte de las válvulas antirretorno corrrespondientes a las entradas de agua al Depósito (5), las (6.1), (6.2), (6.3) y (6.4), así como la de salida de agua, la (6.5), ya citadas, se dispone otra válvula antirretorno, la (6.6), en el Conducto de Conexión (14) que conecta el Conducto de Aceleración (7) y el seno de agua (4) en la parte frontal del MÓDULO entre las dos piezas del Deflector (1).

- SISTEMA DE DETECCIÓN DE LA POTENCIA DEL FRENTE DE LA OLA

Un conjunto de elementos sensores detectarán en cada momento la potencia del frente de la ola que está incidiendo sobre el SISTEMA DEFLECTOR.

- SISTEMA DE CONTROL DEL NIVEL DEL AGUA EN EL DEPÓSITO

El Módulo Convertidor dispondrá también de unos sensores de nivel en función de los cuales modificará la posición de los alabes de la turbina (8), controlando el flujo de la salida del agua del Depósito (5), a la vez que accionará sobre los de control del Generador Lineal (15).

- SISTEMA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA

Este SISTEMA DE GENERACIÓN está formado por una turbina (8) situada en el fondo del Depósito (5), con su Eje vertical (9) y que acciona el Alternador (11) y su correspondiente Caja de Engranajes (12), que multiplica la velocidad de rotación de la mencionada turbina hasta la adecuada velocidad de rotación del Alternador (11). Tanto éste como la Caja de Engranajes se ubican sobre el Forjado (10), situado sobre la parte superior del Depósito (5).

El Sistema de Generación eléctrica se completa con un Generador Lineal (14), el cual recibirá el movimiento oscilatorio vertical mediante el Eje vertical (14) conectado con el Flotador (13) citado anteriormente. El Generador Lineal (15) se soporta también sobre el Forjado (10), también citado. Este doble sistema de generación de electricidad permite el funcionamiento óptimo del MÓDULO CONVERTIDOR, pues controlando la velocidad de salida del agua del Depósito (5), en función del algoritmo fijado, logrará mantener en todo momento la producción regulada y continua de electricidad, incluso en aquellos de aguas bajas (Valle de la ola).

- SISTEMA DE TRATAMIENTO DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

Un sistema de electrónica de potencia tratará la corriente eléctrica generada, tanto por el Alternador (11), como por el Generador Lineal (15), para adaptarla a los parámetros de tensión y frecuencia normalizados para su uso.

- SISTEMA DE PROTECCIÓN DEL MÓDULO CONTRA INVERSIONES DE CORRIENTE

El MÓDULO CONVERTIDOR dispone también de los adecuados relés electrónicos que protegen a los Sistemas eléctricos contra inversiones de corriente.

- SISTEMA DE COMUNICACIÓN DE SEÑALES ENTRE MÓDULO Y CENTRAL

Un conjunto de elementos de comunicación permite el intercambio de órdenes y datos entre el MÓDULO CONVERTIDOR y el Scada Central, permitiendo así el control automatizado de dicho MÓDULO.

Realización preferente de la invención

El MÓDULO CONVERTIDOR de energía undimotriz descrito se puede utilizar, como una de las aplicaciones favoritas de esta invención, en el suministro de energía eléctrica al sistema de explotación de una PLATAFORMA PETROLÍFERA (o similar: plataformas diversas, como las de explotación de energía eólica marina, etc.), en la que se pueden utilizar sus pilares como puntos de apoyo de este módulo y uno de los forjados de la mencionada plataforma para situar el turbo alternador, el Generador Lineal, así como todos los elementos de electrónica de potencia y componentes del sistema de control (Scada de control, transmisores, sensores, etc., etc.). También, este invento es idóneo para suministrar electricidad de manera puntual a núcleos de población costeros, a hospitales, polígonos industriales y/o tecnológicos, edificios singulares, etc., cercanos a la costa, e incluso como complemento de suministro eléctrico general de más grandes núcleos cercanos al mar.

Respecto al emplazamiento del MÓDULO, se pueden considerar los siguientes:

Cercano a la costa, en aguas someras (del orden de 30-40 m de profundidad), ya esté fijado a pilares, existentes o construidos exprofeso, o flotando en dichas aguas, anclado al fondo marino mediante cables.

Igualmente, se puede implantar el MÓDULO en la propia línea de costa, adoptando los adecuados sistemas de fijación y anclaje, orientación respecto a los trenes de ola, seguridad de funcionamiento y defensa frente a temporales.

Ventajas técnicas del módulo convertidor

Las ventajas técnicas del MÓDULO CONVERTIDOR que se patenta son, entre otras, las siguientes:

- Regularidad del aprovechamiento energético de una fuente irregular como el oleaje.

- Eficiencia en la extracción de energía, consiguiendo una captación con un alto rendimiento sobre la energía que porta la ola, incluidos los momentos de aguas bajas (Valle de la Ola).

- Por su conexión de tipo hidromecánico entre las partes de la máquina, mediante los flujos de agua, sin conexiones mecánicas entre sólidos (engranajes, correas, etc.), se minimizan las pérdidas de energía por rozamiento, choques, etc.

- Por la misma causa que el apartado anterior, resulta un mantenimiento fácil, pues el funcionamiento es muy robusto, sin partes importantes sensibles a las averías.

- La disposición del Depósito (5) de almacenamiento de agua, con energía potencial referida al estado del mar, en su ubicación entre la TURBINA UNDIMOTRIZ y los equipos de Generación eléctrica, es fundamental para conseguir regularidad y eficacia. Breve descripción de los dibujos

Para complementar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1.- Muestra una Sección A-A Longitudinal del dispositivo de la invención en la que se aprecian las dos piezas convergentes del Sistema Deflector (1), los Conductos de Aceleración (2), las Ruedas Hidráulicas de eje horizontal (3), el Depósito de Almacenamiento (5), las Válvulas del Sistema Antirretorno (6), el Conducto de Aspiración (7).

Se observa dentro del Depósito (5), el equipo Turbogenerador, constituido por la Turbina de Generación (8) con su Eje (9) vertical y ya, sobre un Forjado (10) en la parte superior, el Alternador rotatorio (11) y la Caja Multiplicadora de velocidad (12).

Igualmente dentro del Depósito está el Flotador (13), que transmite su movimiento oscilatorio mediante un Eje vertical (14) por su conexión con el Generador Lineal (15), situado sobre el forjado citado.

También se observa el Conducto de Conexión (16) del de Aspiración (7) con el espacio (4), delimitado por el Sistema Deflector (1), con su válvula antirretorno (6.6) cerrada, durante el tiempo de actuación de las aguas altas (Cresta de la ola), y abierta en los momentos del Valle de la misma (cuando las moléculas de agua cambian su trayectoria de sentido contra la parte frontal por el sentido contrario, alejándose de ella), lo que produce un efecto de Succión que ayuda a potenciar el de Aspiración y mejorar así el rendimiento energético del MÓDULO.

Finalmente, se aprecia la disposición voluntaria de Oquedades (17) en diversas partes de las piezas componentes del MÓDULO (en principio conteniendo sólo aire, pero que se puede llenar parcial o totalmente de agua), y que tienen una misión reguladora del peso total y de la situación del centro de gravedad del mismo.

Figura 2.- Planta del MÓDULO CONVERTIDOR visto desde arriba. En conjunto, se consideran tres zonas componentes del MÓDULO, citadas en orden desde el frente hacia la trasera del mismo:

- Zona de Captación del agua de la ola (“Tragaolas”).

- Turbina Undimotriz.

- Depósito de almacenamiento de energía potencial y Generación Eléctrica.

En esta Figura se dibuja la terminación frontal de la Zona de captación a base de dos elementos (18), de apreciable importancia por el aumento que suponen del volumen de agua captada, situados uno a cada lado de la parte frontal del MÓDULO, y con varias funciones: - Servir de captación aumentada de agua del frente de ola, con su ensanchamiento en horizontal, lo que refuerza bastante la captación conseguida por el ensanchamiento en profundidad ya citado cuando se ha citado el Sistema Deflector (1). Igualmente se aumenta el efecto de Succión ya citado en lo que antecede.

- Servir de orientador en relación con el frente de ola, por su forma hidrodinámica, tipo de casco marinero ("catamarán”), consiguiendo la regulación y mantenimiento de dicha orientación.

- Estos elementos estarán constituidos principalmente por láminas de materiales ligeros a la vez que resistentes, además de estar provistos de una sencilla pero robusta estructura (19) que evita su deformación fácil.

Figura 3.- Muestra, sobre la anterior Sección A-A Longitudinal del dispositivo, los flujos de las corrientes de agua dentro del mismo, en los momentos de aguas elevadas (cercanía de la Cresta de la Ola).

Figura 4.- Muestra, sobre la anterior Sección A-A Longitudinal del dispositivo, los flujos de las corrientes de agua dentro del mismo, en los momentos de aguas bajas (cercanía del Valle de la Ola).

Claims

REIVINDICACIONES

1. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELECTRICA caracterizado por comprender, al menos, tres partes:

- Primera, la TURBINA UNDIMOTRIZ, constituida por las siguientes piezas:

^oElemento Captor y concentrador de la energía undimotriz de la ola (Deflector), constituido por dos piezas (1) cuya misión es dirigir todo el flujo de la ola entrante hacía el interior del Módulo.

^oConductos de Aceleración y guiado (2) hacia las Ruedas Hidráulicas de eje horizontal (3) de la TURBINA UNDIMOTRIZ.

^oConjunto de Ruedas Hidráulicas de eje horizontal (3), accionadas por el flujo de agua que proviene de los Conductos de Aceleración (2), así como por el que fluye por el Conducto de Aspiración (7).

- Segunda: Depósito (5) de almacenamiento de la energía en forma de agua acumulada y elevada, es decir, como energía potencial.

- Tercera: Equipos de Generación de energía eléctrica, utilizando turbina (8) rotatoria, alimentada a partir del agua almacenada en el Depósito (5), y su correspondiente Generador rotatorio (11), más el Generador Lineal (15).

El MÓDULO CONVERTIDOR está caracterizado porque en él se encuentran presentes un conjunto de Sistemas que hacen posible la transformación de la energía portada por las olas en energía eléctrica, sin alguno de los cuales se produciría el colapso de la instalación.

Estos Sistemas son los siguientes:

- SISTEMA DEFLECTOR

- SISTEMA DE ACELERACIÓN

- SISTEMA DE RUEDAS HIDRÁULICAS

- SISTEMA DE ALMACENAMIENTO DE AGUA

- SISTEMA DE VÁLVULAS ANTIRRETORNO

- SISTEMA DE DETECCIÓN DE LA POTENCIA DEL FRENTE DE LA OLA

- SISTEMAS DE CONTROL DEL NIVEL DEL AGUA EN EL DEPÓSITO

- SISTEMA DE GENERACIÓN ELÉCTRICA

- SISTEMA DE TRATAMIENTO DE LA CORRIENTE ELÉCTRICA

- SISTEMA DE PROTECCIÓN DEL MÓDULO CONTRA INVERSIONES DE CORRIENTE

- SISTEMA DE COMUNICACIÓN DE SEÑALES ENTRE MÓDULO Y CENTRAL

- SISTEMA DE CONTROL AUTOMATIZADO DEL MÓDULO

2. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicación 1, caracterizado por utilizar un SISTEMA DEFLECTOR constituido por dos piezas (1), cuya misión es dirigir todo el potencial del flujo de la ola entrante hacía el interior de los Conductos de Aceleración (2). Dicho Sistema Deflector está diseñado de forma hidrodinámica, para que en el choque de la ola contra dichas piezas se produzca la menor pérdida de energía posible y llegue a los Conductos de Aceleración (2) con su mayor rendimiento.

3. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1 y 2 , caracterizado porque las dos piezas (1) que constituyen el Sistema Deflector tienen un gran desarrollo vertical, alcanzando la profundidad en la que todavía es apreciable la energía de la ola, por lo que se aprovecha la energía undimotriz de una masa de agua mayor que la meramente superficial.

4. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1 a 3 , caracterizado por el ensanchamiento en horizontal de la boca de captación del frente de ola, con las formas hidrodinámicas (18), lo que incrementa aún más la masa de agua citada en la Reivindicación 3.

5. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicación 1, caracterizado por utilizar un SISTEMA DE ACELERACIÓN (2), cuyo objetivo es concentrar y laminar el flujo del agua que ha impactado en el Sistema Deflector, de forma que el mismo llegue con la máxima eficiencia y sin turbulencias a la zona donde se encuentran las Ruedas Hidráulicas de eje horizontal (3). Este Sistema se compone de dos piezas (2), cuya situación reparte el espacio vertical entre las dos piezas (inferior y superior) del Deflector (1), constituyendo entre las cuatro piezas citadas conductos de aceleración y de guía de los flujos de agua. Dicho Sistema de Aceleración (2) está diseñado de forma hidrodinámica para que se produzca la menor pérdida posible de energía.

6. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicación 1, caracterizado por utilizar un SISTEMA constituido por un conjunto de RUEDAS HIDRÁULICAS (3) de eje horizontal, orientado perpendicularmente a la dirección del frente de ola, y que son accionadas por el flujo de agua que circula por los conductos del Sistema de Aceleración (2), procedente de la energía propia de las olas que se abaten sobre el MÓDULO CONVERTIDOR, así como por la acción del flujo que circula por el Conducto de Aspiración (7).

Cada Rueda está provista de un cierto número de álabes, con diseño hidrodinámico, que consigue la mínima pérdida de energía en el movimiento. El conjunto de las Ruedas Hidráulicas (3) se agrupa en dos subsistemas (inferior y superior).

7. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1 y 6 , caracterizado por utilizar un Subsistema de Ruedas Hidráulicas, que llamamos inferior, constituido por las Ruedas (3.1) y (3.2), que se sitúan linealmente, una tras otra, entre el Conducto de Aceleración (3) inferior y el de Aspiración (7), lo que las dota de una marcada especificidad, pues hace posible que sobre ellas actúen dos flujos de agua de sentido contrario pero compatibles (el directo del empuje de la ola y el del conducto de aspiración), produciéndose de esta manera el movimiento giratorio acrecentado de las Ruedas.

8. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1, 6 y 7, caracterizado por utilizar un Subsistema de Ruedas Hidráulicas, que llamamos superior, constituido por Ruedas situadas a nivel superior del de las del subsistema inferior (véase Reivindicación 7). De las dos Ruedas (3.3) y (3.4), la inferior (3.3) está conectada hidrodinámicamente, y de manera directa, con la superior (3.2) del subsistema inferior. Por su parte, la Rueda superior (3.4) de las dos que componen este subsistema superior tiene función de alimentadora directa de agua al Depósito (5).

9. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1, 6, 7 y 8, caracterizado por utilizar un Sistema de Ruedas Hidráulicas de eje horizontal (3), que en el conjunto de todas sus Ruedas componentes cumplen función de escalera continua, que va subiendo el agua gradualmente de nivel.

10. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1, 6, 7, 8 y 9 , caracterizado porque las Ruedas Hidráulicas de eje horizontal (3) tienen conexión entre ellas de tipo exclusivamente hidráulico, no siendo necesaria ninguna relación mecánica de sólidos entre ellas, del tipo de engranajes, correas, etc., lo que minimiza las pérdidas de energía por rozamiento.

11. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque tiene un Conducto de Conexión (16) entre el Conducto de Aspiración (7) y el recinto frontal) (4), delimitado éste último por los Sistemas de Deflexión (1) y de Aceleración (2). El objeto de dicho conducto (16) es que, en el momento del Valle de la ola (cuando las moléculas de agua cambian la trayectoria de sentido hacia la TURBINA UNDIMOTRIZ por la del sentido contrario, alejándose de ella), se produzca un efecto de Succión que ayuda a potenciar y mejorar el de Aspiración.

12. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque se utiliza un concepto unitario de la llamada TURBINA UNDIMOTRIZ, constituida de manera orgánica por las piezas que integran los Sistemas de Deflexión (1) y de ampliación horizontal (18) (captores y concentradores de energía en planta y alzado), de Aceleración (2), de Ruedas Hidráulicas de eje horizontal (3) y el Conducto (16).

13. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicación 1, caracterizado por utilizar un Sistema de Almacenamiento de Agua, un Depósito (5) adecuadamente controlado, que mantiene un salto diferencial lo suficientemente aprovechable para que accione la turbina rotatoria (8) de Eje vertical (9) dispuesta en el fondo del depósito y que la mantenga funcionando incluso en aquellos momentos del ciclo de las olas que cesan de ejercer su empuje directo sobre y hacia el MÓDULO CONVERTIDOR. Dentro del Depósito, además de la Turbina rotativa (8) de Eje vertical (9), hay un Flotador (13), con guías que permiten su movimiento vertical de vaivén, arriba y abajo, transmitido, por medio de otro Eje vertical (14), a un Generador Lineal (15), situado sobre el Forjado (10) de encima del Depósito (5), dónde también está el Generador (11) conectado a la turbina rotativa (8) citada.

14. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por utilizar un Sistema de válvulas antirretorno (6) (o de retención), que, adecuadamente dispuestas en los puntos necesarios, impiden que el flujo del agua tome un sentido contrario al deseado. Éstas válvulas son automáticas y no necesitan motorización ni sistemas de accionamiento, criterio que se ha mantenido en toda la concepción del MÓDULO CONVERTIDOR, consiguiendo así una gran eficacia y robustez de funcionamiento y una disminución de problemas de mantenimiento y seguridad.

Se disponen las siguientes válvulas de esta tipología:

• En las entradas de agua al Depósito (5) por la pared frontal (la más cercana al frente de ola), las (6.1) y (6.2) de entrada directa, y la (6.3), procedente de la Rueda Hidráulica alimentadora (3.4).

• En la entrada de agua al Depósito (5) por la pared trasera (la más alejada del frente de ola), la (6.4).

• Al inicio del conducto de Aspiración (7), la (6.5).

• En el conducto (16), la (6.6), que impedirá, cerrada, el flujo de agua, durante el paso de las aguas altas de la ola (Cresta) y lo permitirá, abierta, durante las aguas bajas de la ola (Valle).

15. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicación 1, caracterizado por utilizar un SISTEMA DE DETECCIÓN DE LA POTENCIA DEL FRENTE DE LA OLA e integrado por un conjunto de elementos sensores que detectarán en cada momento la potencia del frente de la ola que está incidiendo sobre el SISTEMA DEFLECTOR.

16. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por utilizar un Sistema de Control de nivel de agua en el DEPÓSITO (5), compuesto por un conjunto de sensores de nivel, en función de los cuales modificará la posición de los álabes de la turbina de eje vertical (8), controlando el flujo de salida de agua.

17. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicación 1, caracterizado por utilizar un Sistema de Generación eléctrica, formado por una combinación de dos Subsistemas de Generación: el de turboalternador y el de Generador Lineal.

18. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1 y 17, caracterizado por un Subsistema de Generación eléctrica mediante turboalternador, compuesto por los siguientes elementos: turbina (8), situada en el fondo del Depósito (5), con su eje vertical (9), que acciona el Alternador (11) y su correspondiente Caja de engranajes (12), que multiplica la velocidad de rotación de la Turbina hasta la velocidad de rotación del Alternador (11), el cual, así como los otros equipos anejos, se sitúa en un Forjado (10) por encima del propio Depósito (5). Del fondo de éste arranca el Conducto de Aspiración (7) de la turbina rotatoria (8).

19. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1, 17 y 18, caracterizado por un Subsistema de Generación eléctrica mediante Generador Lineal, compuesto por los siguientes elementos:

Flotador (13) con ayuda de sus guías correspondientes, para conducir su movimiento de subida y bajada entre un mínimo y un máximo nivel, siguiendo la variación de nivel del agua en el Depósito (5).

Dicho Flotador está conectado mediante un Eje vertical (14) con un Generador Lineal (14), situado sobre el mismo forjado (10) citado en la Reivindicación 18. El propio Conducto de Aspiración (7) citado también en la Reivindicación 18, sirve además de para la evacuación del agua procedente de la turbina rotatoria (8), como elemento de evacuación de agua que acompañarán las bajadas de nivel del Flotador (13).

20. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1, 17, 18 y 19, caracterizado por utilizar un Sistema de Tratamiento de la corriente eléctrica, consistente en un sistema de electrónica de potencia que modificará la corriente eléctrica generada para adaptarla a los parámetros de tensión y frecuencia aceptables para su uso.

21. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1, y 17 a 20, caracterizado por utilizar un Sistema de protección del MÓDULO contra inversiones de corriente, para lo cual se dispondrá también de los adecuados relés electrónicos que protejan al sistema eléctrico contra inversiones de corriente.

22. MÓDULO CONVERTIDOR DE LA ENERGÍA UNDIMOTRIZ DE LAS OLAS EN ENERGÍA ELÉCTRICA según Reivindicaciones 1 a 21, caracterizado por utilizar un Sistema de Comunicación de Señales entre MÓDULO y CENTRAL compuesto por un conjunto de elementos de comunicación que permitirá el intercambio de órdenes y datos entre el MÓDULO CONVERTIDOR y el Scada Central, permitiendo así el control automatizado de dicho MÓDULO.