WO2013057343A1 - Aparato de extracción de la energía de las olas por columna de aire impulsado - Google Patents
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Definitions
- the present invention corresponds to the technical field of wave energy extraction apparatus, for obtaining renewable energy.
- the devices that comprise a mechanism that, due to the action of the waves on it, capture this energy from the waves and transform it into mechanical energy, and then, by means of a generator, convert it into electrical energy.
- the reference memory WO 2008040822 corresponds to a principle of energy capture by buoyant bodies, which also provides the use of a gyroscope, through which it is possible to transform the oscillating movement of the waves in a unidirectional rotation that drives an electric generator. Both the generator and the flywheel are contained in the floating structure.
- the first one, the GB-2460553 consists of a buoy divided into three subchambers, each with two or more turbines through which the air flow is conducted, which generates the movement of the waves. It presents a system of adaptation to the different sea states.
- the reference memory ES-0248015-U unlike the previous two, consists of a system in which it is the buoy itself that drives the circulation of air through the turbine for the generation of electrical energy.
- the buoy has a very low center of gravity that makes it maintain its position being an internal float that rises or falls with the passage of the waves, expelling the air contained in the housing, which at its exit crosses the turbine of the generator of Energy.
- the ES-0454039-A1 consists of a plurality of buoys that are the ones that, as in the previous case, with their upward / downward movement, displace pistons that generate the pressurization of an upper air column that is subsequently conducted to ground where the turbines and the generator are located to produce the electrical energy. It cannot therefore be very far from the coast.
- the turbine and the generator are contained in the buoy itself or in the part of the structure above sea level. This generates significant maintenance problems as the power generation system is continuously exposed to the hardness of the waves during storms and in case of loss of the buoy or breakage of the upper part of the structure, more exposed to the elements, loses all the part destined to the generation of energy.
- the generator is not in the buoy, because it is on land, which makes it impossible to operate offshore, due to the high cost of connecting to the generator on land .
- the apparatus for extracting the energy of the waves by a column of driven air, for the generation of electrical energy which is proposed here, is formed by a submerged main body, a floating buoy, a base anchored to the seabed and a means of connection of the buoy to the submerged main body.
- This main body comprises a turbo-generator group for generating electricity, a piston for driving the circulation of the air, as well as some means to stabilize the air flow through the turbine of the turbo-generator group and means for adjusting the tides.
- the turbo-generator group preferably comprises a turbine, a double-powered induction generator and a variable frequency converter.
- the floating buoy is the mechanism to capture the energy of the waves, where the wave movement of the wave is what drives the piston that creates the air flow that activates the operation of the turbo-generator group.
- This buoy is attached to the main body submerged by means of connection, which allow the conduction of air as well as the transmission of the movement of the buoy to the drive piston of the turbo-generator group.
- the means of stabilization of the air flow through the turbine of the turbo-generator group modify the volume of air in circulation, so that it can be controlled and therefore the speed of the turbo-generator group, adjusting to the height of waves.
- the means of adjusting the tides modify the height of the buoy according to the state of the tide, so that the obtaining of electrical energy is effective regardless of the height of the tide, being able to adapt the height of the buoy according to the needs.
- both the turbine and the generator are included in the main body that is submerged, subject to an anchored base On the seabed.
- the device adapts to it, specifically the floating buoy is varying its height depending on the height acquired by the tide, of way that a superior energy efficiency is achieved because the generation of energy is guaranteed for all the states of the tide.
- this apparatus also comprises means for stabilizing the air flow through the turbine, a more regular generation of energy is obtained, so that the range of generator operating speeds is reduced, which results in a lower electrical complexity of it.
- Figure 1 Shows a perspective view of the wave energy extraction apparatus.
- Figure 2. Shows an internal view of the main body and the flexible pipe connecting the buoy with said main body of the apparatus. Detailed description of a preferred embodiment of the invention
- the wave energy extraction apparatus by a column of driven air for the generation of electric energy comprises as shown in Figure 1, a submerged main body (1), a floating buoy (2), a base (3) anchored to the seabed (12) and means for connecting the buoy (2) to the main body (1) ) submerged.
- the main body (1) to stay in its submerged position, is attached to the base (3) anchored at the bottom of the sea (12) which in this preferred example of the invention consists of a concrete block.
- said main body (1) comprises a turbo-generator group (4) for the generation of electric energy, a piston (5) for driving the air circulation, as well as stabilization means of the air flow through the said turbo-generator group (4) and tidal adjustment means.
- the turbo-generator group (4) that is inside the submerged main body (1) comprises a turbine (8), a doubly fed induction generator (6) and a variable frequency converter.
- the floating buoy (2) that activates the start of the operation of the turbogenerator group (4) for the production of electrical energy.
- the buoy (2) is attached to the main body (1) by means of connection that in this preferred example of the invention and as shown in Figures 1 and 2, on the one hand comprise chains (7) of mooring of the buoy (2) to the main body (1) and on the other a double pipe (9) of flexible nature, for the bidirectional circulation of the air that passes through the turbine (8) drives the generator (6) that produces the electric energy.
- the buoy (2) subjected to the wave movement of the waves transmits this movement to the piston (5) that drives a two-way air flow through the double connecting pipe (9), so that said air flow activates the operation of the turbo-generator group (4) as it passes through the turbine (8).
- This apparatus comprises means for stabilizing the air flow through the turbine (8), whose objective is to modify its volume in circulation, so that when controlling the air flow, the speed of the turbo-generator group (4) is controlled, to adjust to the height of the waves.
- the air flow stabilization means for this preferred example of the invention, comprise a hydraulic cylinder (10).
- the turbo-generator group since all the elements of the apparatus are submerged, with the exception of the upper part of the floating buoy, in particular the power generation elements, the turbo-generator group, are protected from bad weather as well as bad weather. wave conditions. This improves the maintenance as well as the exploitation because in case of deterioration or loss of the submerged buoy, it is easily replaceable because it is a simple floating element. In this way, we achieve reduced execution and maintenance costs while reducing repair times and therefore the time in which the device is not productive.
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Abstract
Aparato de extracción de la energía de las olas por columna de aire impulsado, para la generación de energía eléctrica, que comprende un cuerpo principal sumergido, sujeto a una base anclada al fondo del mar, en el que se encuentra el grupo turbo-generador para la generación de energía eléctrica, un pistón de accionamiento de la circulación de aire, unos medios de estabilización del flujo de aire que atraviesa la turbina del turbo-generador y unos medios de ajuste de las mareas. Comprende a su vez, una boya flotante como mecanismo de captura de la energía de las olas, siendo el movimiento ondulatorio de la boya, que está conectada al cuerpo principal mediante unos medios de conexión, el que acciona el pistón que crea el flujo de aire que activa el funcionamiento del grupo turbo- generador.
Description
APARATO DE EXTRACCION DE LA ENERGIA DE LAS OLAS POR COLUMNA
DE AIRE IMPULSADO
DESCRIPCIÓN
Campo técnico de la invención
La presente invención corresponde al campo técnico de los aparatos de extracción de la energía de las olas, para la obtención de energía renovable.
En concreto se refiere a los aparatos que comprenden un mecanismo que debido a la acción de las olas sobre el mismo, capturan esta energía de las olas y la transforman en energía mecánica, para después, mediante un generador convertirla en energía eléctrica.
Antecedentes de la Invención
En la actualidad existe una gran cantidad de dispositivos que tratan de obtener energía eléctrica a partir del movimiento de las olas del mar, en la búsqueda de un tipo de energía renovable y limpia, que pueda suponer la alternativa a la obtenida a partir de combustibles fósiles.
Tanto por motivos de escasez de estos combustibles fósiles no renovables, como por una actitud de responsabilidad frente al medio ambiente cada vez más extendida, han surgido líneas de investigación en diversos campos en busca de una energía limpia que sustituya en la medida de lo posible, la existente en la actualidad.
En el estado de la técnica se puede encontrar distintos aparatos que buscan la extracción de la energía de las olas para transformarla en energía eléctrica.
Como ejemplo concreto se pueden mencionar las siguientes memorias existentes en el estado de la técnica, de referencia WO-2008040822, US- 20060230750-A1 , GB-2460553, WO-2006043086-A1 , ES-0248015-U, y ES- 0454039-A1 .
La memoria de referencia WO 2008040822, corresponde a un principio de captación de la energía por cuerpos boyantes, que además aporta la utilización de un giroscopio, mediante el que se consigue transformar el movimiento oscilante de
las olas en una rotación unidireccional que impulsa un generador eléctrico. Tanto el generador como el volante de inercia están contenidos en la estructura flotante.
En la memoria US-20060230750-A1 , cuyo principio de captación es por rebosamiento, el agua impulsada por las olas de mar es conducida a un depósito para hacerla luego fluir por unas turbinas, como una pequeña central hidroeléctrica para la producción de la electricidad.
Las restantes memorias, de referencias GB-2460553, WO-2006043086-A1 , EP-0950812, WO-8401603A1 , ES-0248015-U, y ES-0454039-A1 , responden a un principio de captación de la energía por diferencias de presión, concretamente por el método de Columna de Agua Oscilante. En ellas una columna de agua ascendente/descendente comprime o conduce una columna de aire haciéndolo pasar por la turbina que pone en marcha el generador de energía.
La primera de ellas, la GB-2460553 consiste en una boya dividida en tres subcámaras, cada una de ellas con dos o más turbinas por las que se conduce el flujo de aire, que genera el movimiento de las olas. Presenta un sistema de adaptación a los diferentes estados de mar.
En el caso de la WO-2006043086-A1 , son de nuevo las olas las que inician el movimiento ascendente/descendente de la columna de agua. Comprende unos medios de ajuste de la frecuencia natural de oscilación del dispositivo, optimizando la extracción de energía.
La memoria de referencia ES-0248015-U, a diferencia de las dos anteriores, consiste en un sistema en el que es la propia boya la que acciona la circulación del aire a través de la turbina para la generación de energía eléctrica. La boya presenta un centro de gravedad muy bajo que la hace mantener su posición siendo un flotador interior el que se eleva o desciende con el paso de las olas, expulsando el aire contenido en la carcasa, que en su salida atraviesa la turbina del generador de energía.
Por último, la ES-0454039-A1 , consiste en una pluralidad de boyas que son las que como en el caso anterior, con su movimiento ascendente/descendente, desplazan unos émbolos que generan la presurización de una columna de aire superior que posteriormente se conduce a tierra donde se encuentran las turbinas y el generador para producir la energía eléctrica. No puede estar por tanto muy alejado de la costa.
En todos los casos mencionados del estado de la técnica, se cumple que la turbina y el generador se encuentran contenidos en la propia boya o en la parte de la estructura sobre el nivel del mar. Esto genera unos problemas de mantenimiento importantes pues el sistema de generación de energía está continuamente expuesto a la dureza del oleaje durante las tempestades y en caso de pérdida de la boya o rotura de la parte superior de la estructura, más expuesta a las inclemencias, se pierde toda la parte destinada a la generación de energía. En un único caso, el ES-0454039-A1 , el generador no se encuentra en la boya, por encontrarse en tierra, con lo cual se imposibilita un funcionamiento fuera de costa, por el elevado coste que supondría la conexión con el generador en tierra.
El hecho de que todos estos ejemplos tengan su estructura o parte de ella sobre el nivel del mar aumenta el nivel de impacto ambiental de la misma, así como el rechazo social a estos sistemas debido a dicho impacto.
A ello hay que sumar el hecho de la escasa eficiencia de estos sistemas que dependen en gran medida de la altura de la marea, para la que únicamente dos de los documentos mencionados del estado de la técnica, incluyen algún sistema que trate de ajustar el mecanismo a dicha variación de altura de las mareas. En el resto de caso, la generación de energía así como la cantidad generada va a depender de dicha altura de la marea.
Por otra parte, en los casos en los que un flujo de aire atraviesa la turbina del generador, al variar este en función de la amplitud de las olas, la generación de electricidad aportada por estos sistemas es totalmente irregular y estos generadores están obligados a funcionar en distintos rangos de velocidad, con lo cual deben presentar una complejidad eléctrica importante.
Descripción de la invención
El aparato de extracción de la energía de las olas por columna de aire impulsado, para la generación de energía eléctrica, que aquí se propone, está formado por un cuerpo principal sumergido, una boya flotante, una base anclada al fondo marino y unos medios de conexión de la boya al cuerpo principal sumergido.
Este cuerpo principal comprende un grupo turbo-generador para la generación de energía eléctrica, un pistón para el accionamiento de la circulación
del aire, así como unos medios de estabilización del flujo de aire que atraviesa la turbina del grupo turbo-generador y unos medios de ajuste de las mareas.
Este cuerpo principal va sujeto a la base anclada al fondo marino. Por su parte, el grupo turbo-generador comprende preferentemente una turbina, un generador de inducción doblemente alimentado y un convertidor variable de frecuencia.
La boya flotante es el mecanismo de captura de la energía de las olas, donde el movimiento ondulatorio de la misma es el que acciona el pistón que crea el flujo de aire que activa el funcionamiento del grupo turbo-generador.
Esta boya se encuentra sujeta al cuerpo principal sumergido mediante unos medios de conexión, que permiten la conducción de aire así como la transmisión del movimiento de la boya al pistón de accionamiento del grupo turbo-generador.
Los medios de estabilización del flujo de aire que atraviesa la turbina del grupo turbo-generador, modifican el volumen de aire en circulación, de forma que se puede controlar el mismo y por tanto la velocidad del grupo turbo-generador, ajustándose a la altura de las olas.
Por otra parte, los medios de ajuste de las mareas modifican la altura de la boya en función del estado de la marea, de manera que la obtención de energía eléctrica resulte efectiva independientemente de la altura de la misma, al poder adaptar la altura de la boya según las necesidades.
Con el aparato de extracción de energía de las olas por columna de aire impulsado, para la obtención de energía eléctrica que aquí se presenta se consigue mejorar importantes aspectos del estado de la técnica.
En primer lugar cabe destacar el hecho de que en este aparato de extracción de energía de las olas a diferencia del estado de la técnica, tanto la turbina como el generador se encuentran comprendidos en el cuerpo principal que se encuentra sumergido, sujeto a una base anclada en el fondo marino.
Esto supone una mejora importante en el mantenimiento y explotación del aparato de extracción de energía dado que estos elementos de generación se encuentran menos expuestos al oleaje y a las inclemencias y malas condiciones del mismo.
De este modo, ante una posible pérdida o rotura de la boya flotante, ocasionada por un fuerte oleaje, el mecanismo del aparato no sufre daño alguno al estar protegido en el fondo marino siendo necesaria en estos casos una simple
reposición de la boya flotante. Con esto se reducen los costes de explotación y mantenimiento a la vez que se consiguen reparaciones del aparato más rápidas restableciendo de forma eficaz la generación de energía en un corto espacio de tiempo.
Otra mejora de este aparato de extracción de la energía de las olas que aquí se propone viene del hecho de que se trata de una instalación completamente sumergida que además funciona en ubicaciones fuera de la costa, con lo cual no supone ningún impacto medioambiental, a diferencia de los sistemas en los que la mayor parte de la estructura se encuentra sobre la superficie del mar o que se encuentran situados en la línea de costa.
Además, al incorporar unos medios de ajuste a las mareas, se consigue que según va variando el estado de la misma, el aparato va adaptándose a ella, concretamente la boya flotante va variando su altura en función de la altura que adquiere la marea, de manera que se consigue una eficiencia energética superior pues la generación de energía queda asegurada para todos los estados de la marea.
Así mismo, como este aparato comprende además unos medios de estabilización del flujo de aire que atraviesa la turbina, se obtiene una generación de energía más regular, de forma que disminuye el rango de velocidades de funcionamiento del generador, con lo que se consigue una menor complejidad eléctrica del mismo.
Breve descripción de los dibujos
Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se aporta como parte integrante de dicha descripción, una serie de dibujos donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La Figura 1 .- Muestra una vista en perspectiva del aparato de extracción de la energía de las olas.
La Figura 2.- Muestra una vista interior del cuerpo principal y de la tubería flexible de conexión de la boya con dicho cuerpo principal del aparato.
Descripción detallada de un modo de realización preferente de la invención
A la vista de las figuras aportadas, puede observarse cómo en un modo de realización preferente de la invención, el aparato de extracción de la energía de las olas por columna de aire impulsado para la generación de energía eléctrica, que aquí se presenta, comprende como se muestra en la Figura 1 , un cuerpo principal (1 ) sumergido, una boya (2) flotante, una base (3) anclada al fondo marino (12) y unos medios de conexión de la boya (2) al cuerpo principal (1 ) sumergido.
El cuerpo principal (1 ), para mantenerse en su posición sumergida, se encuentra sujeto a la base (3) anclada en el fondo del mar (12) que en este ejemplo preferente de invención consiste en un bloque de hormigón.
Como se observa en la Figura 2, dicho cuerpo principal (1 ) comprende un grupo turbo-generador (4) para la generación de energía eléctrica, un pistón (5) para el accionamiento de la circulación del aire, así como unos medios de estabilización del flujo de aire que atraviesa el mencionado grupo turbo-generador (4) y unos medios de ajuste de las mareas.
Por otra parte, el grupo turbo-generador (4) que se encuentra en el interior del cuerpo principal (1 ) sumergido, comprende una turbina (8), un generador (6) de inducción doblemente alimentado y un convertidor variable de frecuencia.
En el aparato de extracción de la energía de las olas que aquí se presenta, es la boya (2) flotante la que activa el inicio del funcionamiento del grupo turbogenerador (4) para la producción de energía eléctrica. Así pues, la boya (2) se encuentra sujeta al cuerpo principal (1 ) mediante unos medios de conexión que en este ejemplo preferente de invención y como se muestra en las Figuras 1 y 2, comprenden por una parte unas cadenas (7) de amarre de la boya (2) al cuerpo principal (1 ) y por otra una tubería (9) doble de naturaleza flexible, para la circulación bidireccional del aire que a su paso por la turbina (8) acciona el generador (6) que produce la energía eléctrica.
Así pues, la boya (2) sometida al movimiento ondulatorio del oleaje, transmite este movimiento al pistón (5) que acciona un flujo de aire bidireccional por la tubería (9) doble de conexión, de forma que dicho flujo de aire activa el funcionamiento del grupo turbo-generador (4) a su paso por la turbina (8).
Comprende este aparato unos medios de estabilización del flujo de aire que atraviesa la turbina (8), cuyo objetivo es el de modificar el volumen del mismo en
circulación, de manera que al controlar el flujo de aire, se controla la velocidad del grupo turbo-generador (4), para ajustarse a la altura de las olas.
Como se observa en la Figura 2, los medios de estabilización del flujo de aire, para este ejemplo preferente de invención, comprenden un cilindro hidráulico (10).
Presenta también unos medios de ajuste de las mareas que en este ejemplo preferente de invención comprenden, un conjunto de cilindros hidráulicos (1 1 ) que modifican la altura de la boya (2) en función de las mareas, a través de la conexión de la misma al cuerpo principal (1 ) mediante las cadenas de amarre (7). De este modo, la obtención de energía eléctrica resulta más efectiva, al poder adaptar la altura de la boya según las necesidades.
Con el aparato de extracción de energía eléctrica que aquí se propone, se aportan importantes mejoras a lo existente en el estado de la técnica.
Así pues, al estar sumergidos todos los elementos del aparato a excepción de la parte superior de la boya flotante, en concreto los elementos de generación de energía, el grupo turbo-generador, se encuentran protegidos de las inclemencias del tiempo así como de las malas condiciones del oleaje. Se mejora con esto el mantenimiento así como la explotación pues en caso de deterioro o pérdida de la boya sumergida, es fácilmente sustituible pues se trata de un simple elemento flotante. Conseguimos de este modo unos reducidos costes de ejecución y mantenimiento al mismo tiempo que reducimos los tiempos de reparaciones y por tanto el tiempo en que el aparato no resulta productivo.
Al estar todo el aparato completamente sumergido, no produce impacto medioambiental, al contrario de lo que ocurre con los mecanismos existentes hasta la fecha.
Por otra parte, con los medios de ajuste de mareas y de estabilización del flujo de aire que incorpora este aparato de extracción de la energía de las olas, se consigue una mayor eficiencia energética pues la generación de energía se consigue en todos los estados de mar, al mismo tiempo que se obtiene con una mayor regularidad de la propia generación de energía, al estabilizar el flujo de aire que atraviesa la turbina. Así mismo, al ser más regular, disminuye el rango de velocidades del generador, con lo que además se consigue una menor complejidad eléctrica del mismo.
Claims
REIVINDICACIONES
Aparato de extracción de la energía de las olas por columna de aire impulsado, para la generación de energía eléctrica, caracterizado por que comprende:
- un cuerpo principal (1 ) sumergido que comprende el grupo turbogenerador (4) para la generación de energía eléctrica, un pistón (5) de accionamiento de la circulación de aire, unos medios de estabilización del flujo de aire que atraviesa la turbina (8) del grupo turbo-generador (4) y unos medios de ajuste de las mareas,
- una boya (2) flotante como mecanismo de captura de la energía de las olas,
- donde el movimiento ondulatorio de la boya (2) es el que acciona el pistón (5) que crea el flujo de aire que activa el funcionamiento del grupo turbogenerador (4),
- una base (3) anclada al fondo marino (12) a la que se sujeta el cuerpo principal (1 ) sumergido y
- unos medios de conexión de la boya (2) flotante y el cuerpo principal (1 ) sumergido.
Aparato de extracción de la energía de las olas por columna de aire impulsado, según la reivindicación 1 , caracterizado por que los medios de estabilización del flujo de aire comprenden un cilindro hidráulico (10), que modifica el volumen de aire en circulación.
Aparato de extracción de la energía de las olas por columna de aire impulsado, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios de conexión de la boya (2) flotante y el cuerpo principal (1 ) sumergido comprenden una tubería (9) doble para la conducción del aire y unas cadenas (7) de amarre de la boya (2) que la conectan al cuerpo principal (1 ).
Aparato de extracción de la energía de las olas por columna de aire impulsado, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los medios de ajuste de las mareas comprenden un conjunto de cilindros hidráulicos (1 1 ), que a través de las cadenas de amarre (7) de la boya (2) al cuerpo principal (1 ), modifican la altura de la boya en función del estado de la marea.
5- Aparato de extracción de la energía de las olas por columna de aire impulsado, según la reivindicación 4, caracterizado por que la tubería (9) doble para la conducción del aire es de un material de naturaleza flexible.
6- Aparato de extracción de la energía de las olas por columna de aire impulsado, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el grupo turbo-generador (4) comprende una turbina (8), un generador (6) de inducción doblemente alimentado y un convertidor variable de frecuencia.
7- Aparato de extracción de la energía de las olas por columna de aire impulsado, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la base (3) anclada al fondo marino es un bloque de hormigón.
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Publication number | Publication date |
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