WO2014176708A2 - Dispositivo de soporte y fijaci0n sumergible para instalacion de equipamiento de generaci0n electrica, en base a energia mareomotriz y/o corriente oceanica - Google Patents

Dispositivo de soporte y fijaci0n sumergible para instalacion de equipamiento de generaci0n electrica, en base a energia mareomotriz y/o corriente oceanica Download PDF

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Definitions

  • the present invention patent relates to a submersible fixing and support device for the installation of electrical generation equipment with a capacity greater than 50 KW that uses tidal power and / or ocean current in its operation.
  • the device operates as a naval device with adjustable buoys to operate on water and / or submerged, parked at a geographical point anchored at the bottom of the sea through a structure of anchorages formed by a tie-up reticulate, anchoring cables and counterweight system Perched on the bottom of the sea.
  • This anchoring conformation allows the connection of one or more devices connected to each other at the level of the cross-linking thus offering availability of fixation and support for an equivalent number of turbines arranged in a linear manner and facing perpendicular to the direction of body movement. of water.
  • the device allows the fixing and operation of different types of turbines capable of producing electricity from tidal power and / or ocean currents available in the open sea and / or geographical areas of inland marine canals.
  • the device is a real alternative for the use of tidal energy and / or ocean currents of low environmental impact in both the water column and the seabed.
  • the possibility of regulating its buoyants and being able to operate in a submerged way is related to the need to reduce the vertical movement generated by the action of the waves and winds that affect the surface level of the water column, thus allowing access to geographical areas of greater exposure and conditions Oceanographic more dynamic and in whose bodies of water it is possible to capture kinetic energy available for use in electricity generation.
  • the device is capable of offering support and fixation for different types of tidal generation turbines and / or ocean currents with a capacity greater than 50 KW.
  • Axial turbines the concept of these turbines is similar to traditional mills and they have the most prototypes currently operating.
  • An example is the AR-1000, a 1Mw turbine developed by Atlantis Resources Corporation, is a turbine that features a single rotor along with a series of highly efficient angled blades. Its 1 Mw electricity generation is at a speed of 2.65 m / s of water flow.
  • Oscillating devices do not have a rotator component, instead it makes use of aerodynamically profiled sections that are pushed sideways by the flow, which generates hydraulic energy, which is then transferred to a hydraulic motor that generates electricity .
  • the opportunity offered by the device is related to the generation of clean energy from the use of kinetic energy available in geographical areas of inland canals and open sea.
  • the device is It can be used in geographical areas of channels subject to tidal action, characterized by 12-hour cycles and flows whose speed can reach between 1 - 4 meters / second.
  • One of the most relevant characteristics of this type of energy is its high predictability and consistency for 24 hours, a very different condition from that offered by wind and solar energy that depends on climatic factors that are difficult to control.
  • the present invention patent relates to a submersible fixing and support device for the installation of electrical generation equipment with a capacity greater than 50 KW, which uses tidal power and / or ocean current in its operation.
  • Figure 1 shows a general view of the submersible fixing and support device for the installation of tidal power generation equipment.
  • Figure 2 shows in detail the airtight capsule for the installation of control equipment and generator engine.
  • Figure 3 shows in detail the buoyant structure and hermetic capsule holder and turbine.
  • Figure 4 shows a general view of the submersible fixing and support device for the installation of tidal power generation equipment and fixing structure at the bottom of the water body.
  • the present device is built in naval steel and conformed by two structures: Hermetic control capsule and generator motor (Fig 2), it is a camera with a discoid shape structured to operate on surface and / or submerged whose design allows to dissipate the energy of the waves when it is on the surface and / or act hydrodynamically when it is submerged. It has an access (1) that directs into the generator motor chamber and control board (4).
  • the capsule seals with the outside through an airtight cover of generator service (2) and airtight cover of electrical service (3).
  • the device is formed in its outermost structure by a double wall that forms a watertight chamber of the capsule (5) whose structuring with metal frames allows the formation of watertight and thermal insulation chambers.
  • the interior of the generator motor chamber and control board (4) allows the installation and fixing of the generator motor and logic and communication control board (9) that contains circuit and elements necessary for the device to adapt automatically to the operation on the surface and / or submerged depending on the oceanographic conditions existing at the place of operation and also allows communication, registration and remote control for all variables of Device operation
  • the generator motor chamber and control board (4) also has an electrical panel (10) inside that connects with the generator motor and operates in the transformation and conduction of the energy generated to the underwater electrical conduction network that connects with the sub electric station located on Earth.
  • the generator motor chamber and control board (4) allows the installation of a vertical axis generator motor that is mounted on fixing supports (6) and transmission shaft flange (11). This in turn connects with the upper generator-turbine drive shaft (8) that passes through the seal and bearing seal box (7) and is aligned outside the capsule to connect with the drive shaft of the turbine systems chosen.
  • Support structure and turbine buoys consisting of a series of four tubular buoyant structures (15) rigidly structured between each other that allows buoyant operation and immersion of the device and also provides support and fixation for the Generation systems and generator engine chamber and control board (4).
  • At the upper end of each buoyant tube (15) it has naval beacons (12), where the remote communication antenna (13) is also fixed.
  • the buoyant tubes (15) have a textured conformation that acts as a wave heatsink when the device is on the surface. From the outer faces of each buoyant tube (15), four upper and lower fixing brackets (14) of the hermetic control capsule and generator motor are projected.
  • each buoyant tube (15) there is a set consisting of a hydraulic motor and stabilizer fin (17) that acts in the stabilization of the movement of the device with respect to the movement generated by the current oceanographic conditions to which The device is submitted.
  • Each buoyant tube (15) has a sealed chamber inside, one for compressed air (19) necessary to displace water and another flood (20) that depending on the requirement will allow buoyancy (when operating without water) and / or immersion of the device (when it is flooded with water). Both sealed chambers are connected to each other by means of a mechanical valve that acts according to the requirement of operation of the device in the water column.
  • Each flooded operation waterproof chamber (20) has a water injection valve (21) and a water evacuation valve (22).
  • the seat fasteners (26) for the hydromotor generation device or turbine that connects to the lower seal housing seal and bearings (25) from where it is projected, the lower transmitter shaft turbine support shaft (24 ) of the chosen generation team.
  • the fixation of the device at a specific geographical point (fig. 4), is maintained by an anchor network (27) formed by a reticulate that offers vertical mobility of the device and also provides the mooring structure when considering the linear operation with more of a device. It is also formed by high resistance cables, naval blacksmithing, buoys, chains and anchors positioned on the seabed.

Abstract

Dispositivo de soporte y fijación sumergible para la instalación de equipamiento de generación eléctrica turbinas mareomotriz y/o corrientes oceánicas que permite su instalación y operación en mar abierto y/o en zonas de canales marinos interiores, el cual esta conformado por una cápsula hermética que tiene en su interior un equipamiento de control lógico, motor generador y tablero eléctrico; dicha cápsula se une a una estructura de flotación rígida conformada por cuatro estructuras tubulares de boyantes que permite soporte y fijación para cualquier sistema de generación eléctrica mareomotriz y/o de corriente oceánica; cada estructura tubular de boyantes cuenta en su interior con cámaras estanco inundables, cámaras de aire comprimido, válvulas mecánicas y sistemas de comunicación que en su conjunto permiten regular las boyantes y/o hundimiento del dispositivo en función de las características oceanográficas existentes en el lugar de operación; la estructura opera anclada al fondo marino.

Description

DISPOSITIVO DE SOPORTE Y FIJACIÓN SUMERGIBLE PARA INSTALACIÓN DE EQUIPAMIENTO DE GENERACIÓN ELÉCTRICA, EN BASE A ENERGÍA
MAREOMOTRIZ Y/O CORRIENTE OCEANICA.
DESCRIPCIÓN
Campo de la Invención
La presente patente de invención se refiere a un dispositivo de soporte y fijación sumergible para la instalación de equipamiento de generación eléctrica de capacidad superior a 50 KW que utiliza en su operación energía mareomotriz y/o corriente oceánica. El dispositivo opera como artefacto naval con boyantes regulable para operar sobre el agua y/o sumergido, estacionado en un punto geográfico anclado al fondo del mar a través de una estructura de fondeos conformados por un reticulado de amarre, cables de fondeo y sistema de contrapeso posado sobre el fondo del mar. Esta conformación de anclaje permite la conexión de uno o más dispositivos unidos entre sí a nivel del reticulado ofreciendo de este modo disponibilidad de fijación y soporte para un número equivalente de turbinas dispuestos en forma lineal y enfrentado en forma perpendicular a la dirección del movimiento del cuerpo de agua. El dispositivo permite la fijación y operación de distintos tipos de turbinas capaces de producir electricidad a partir de energía mareomotriz y/o de corrientes oceánicas disponibles en mar abierto y/o zonas geográficas de canales marinos interiores. El dispositivo es una alternativa real para la utilización de energía mareomotriz y/o de corrientes oceánicas de bajo impacto ambiental tanto en la columna de agua como en el fondo marino.
La posibilidad de regular su boyantes y poder operar en forma sumergida guarda relación con la necesidad de reducir el movimiento vertical generado por la acción del oleaje y vientos que afectan a nivel de superficie de la columna de agua, permitiendo de este modo acceder a zonas geográficas de mayor exposición y condiciones oceanógraficas más dinámicas y en cuyos cuerpos de agua es posible capturar energía cinética disponible para ser utilizada en generación eléctrica.
El dispositivo es capaz de ofrecer soporte y fijación para distintos tipos de turbinas de generación mareomotriz y/o corrientes oceánicas con capacidad superior a 50 KW.
• Turbinas axiales: el concepto de estas turbinas es similar a los molinos tradicionales y poseen la mayor cantidad de prototipos actualmente operando. Un ejemplo es el AR-1000, una turbina de 1Mw desarrollada por Atlantis ResourcesCorporation, es una turbina que presenta un rotor único junto con una serie de cuchillas en ángulo altamente eficientes. Su generación de electricidad de 1 Mw es a una velocidad de 2.65 m/s de flujo de agua.
• Turbinas de eje vertical y horizontal de flujo cruzado: Inventadas en 1923 por Georges Darreius y patentadas en 1929, estas turbinas pueden ser ubicadas tanto vertical como horizontalmente. La turbina Gorlov es una variación del diseño de Darreius que presenta un diseño helicoidal que está siendo comercialmente piloteada a gran escala en sur Corea, comenzando con una planta de 1 Mw en 2009 y expandiéndose a los 90 Mw en 2013. · Turbinas de flujo aumentado: al usar medidas de aumento del flujo, usando por ejemplo un ducto o andamiaje, la energía incidente disponible de una turbina puede ser aumentada.
• Dispositivos oscilantes: Estos dispositivos no poseen un componente rotador, en lugar de eso hace uso de secciones perfiladas aerodinámicamente que son empujadas hacia los lados por el flujo, lo que genera energía hidráulica, que luego es transferida a un motor hidráulico que genera la electricidad.
La oportunidad que ofrece el dispositivo guarda relación con la generación de energía limpia a partir de la utilización de energía cinética disponible en zonas geográficas de canales interiores y mar abierto. En lo inmediato, el dispositivo es posible ser utilizado en zonas geográficas de canales sujetos a la acción de mareas, caracterizadas por ciclos de 12 horas y flujos cuya velocidad puede alcanzar de entre 1 - 4 metros/segundo. Una de las características más relevantes de este tipo de energía es su alta predictibilidad y constancia durante 24 horas, condición muy distinta a lo ofrecido por la energía eólica y solar que depende de factores climáticos de difícil control.
Antecedentes de la Invención A la fecha existe una cantidad importante de desarrollos que buscan la utilización de este tipo de energía, sin embargo, en prácticamente todos los casos, los proyectos consideran la construcción de grandes obras civiles rígidas que operan posadas sobre el fondo del lecho marino alterando el medio natural y generando un alto impacto medioambiental tanto en la columna de agua como en el fondo marino, condición muy compleja para su evaluación tanto por el organismo regulador como por la opinión pública e inversionistas.
Resumen de la Invención
La presente patente de invención se refiere a un dispositivo de soporte y fijación sumergible para la instalación de equipamiento de generación eléctrica de capacidad superior a 50 KW, que utiliza en su operación energía mareomotriz y/o corriente oceánica.
Breve Descripción de los Dibujos La invención será descrita a continuación con referencia a los dibujos anexos, en los cuales: La figura 1 muestra una vista general del dispositivo de soporte y fijación sumergible para la instalación de equipamiento de generación eléctrica mareomotriz.
La figura 2 muestra en detalle la cápsula hermética para la instalación de equipamiento de control y motor generador. La figura 3 muestra en detalle la estructura de boyantes y soporte cápsula hermética y turbina.
La figura 4 muestra una vista general del dispositivo de soporte y fijación sumergible para la instalación de equipamiento de generación eléctrica mareomotriz y estructura de fijación al fondo del cuerpo de agua.
Descripción Detallada de la Invención
El presente dispositivo está construido en acero naval y conformado por dos estructuras: Cápsula hermética control y motor generador (Fig 2), se trata de una cámara de forma discoidal estructurada para operar en superficie y/o sumergida cuyo diseño permite disipar la energía de las olas cuando esta se encuentra en superficie y/o actuar en forma hidrodinámica cuando se encuentra sumergida. Cuenta con un acceso (1) que dirige hacia el interior de la cámara de motor generador y tablero control (4). La cápsula sella con el exterior a través de una tapa hermética de servicio generador (2) y tapa hermética de servicio eléctrico (3). El dispositivo está formado en su estructura más externa por una doble pared que conforma una cámara estanco de la cápsula (5) cuya estructuración con cuadernas metálicas permite la conformación de cámaras estanco y de aislación térmica. El interior de la cámara de motor generador y tablero control (4) permite la instalación y fijación del motor generador y tablero de control lógico y comunicación (9) que contiene circuito y elementos necesarios para que el dispositivo se adapte en forma automática a la operación en superficie y/o sumergido en función de las condiciones oceanográficas existentes en el lugar de operación y además permite comunicación, registro y control remoto para todas las variables de operación del dispositivo. La cámara de motor generador y tablero control (4) cuenta además en su interior con un tablero eléctrico (10) que conecta con el motor generador y opera en la transformación y conducción de la energía generada hacia la red de conducción eléctrica submarina que conecta con la sub estación eléctrica ubicada en Tierra. La cámara de motor generador y tablero control (4) permite la instalación de un motor generador de eje vertical que se posa sobre apoyos de fijación (6) y flange de eje transmisión (11). Este a su vez conecta con el eje de transmisión superior generador-turbina (8) que atraviesa la caja de sello retén y rodamientos (7) y se alinea hacia el exterior de la cápsula para conectar con el eje de transmisión de los sistemas de turbina elegidos.
Estructura de soporte y boyantes de la turbina (Fig 3), conformada por una serie de cuatro estructuras tubulares de boyantes (15) estructurados en forma rígida entre sí que permite la operación de boyantes e inmersión del dispositivo y además presta soporte y fijación para los sistemas de generación y cámara de motor generador y tablero control (4). En el extremo superior de cada tubo de boyantes (15) cuenta con balizas navales (12), donde además se fija la antena de comunicación remota (13). En la parte superior los tubos de boyantes (15) cuentan con una conformación texturada que actúa como disipador de oleaje cuando el dispositivo se encuentra en superficie. A partir de las caras exteriores de cada tubo de boyantes (15), se proyectan cuatro soportes de fijación superior e inferior (14) de la cápsula hermética control y motor generador. En la parte media de cada tubo de boyantes (15), se ubica un conjunto conformado por un motor hidráulico y aleta estabilizadora (17) que actúa en la estabilización del movimiento del dispositivo respecto del movimiento generado por las condiciones oceanográficas de corriente a las que el dispositivo es sometido. Cada tubo de boyantes (15) cuenta en su interior con cámaras estanco, una para aire comprimido (19) necesario para desplazar agua y otra inundable (20) que en función del requerimiento permitirá la flotabilidad (cuando opera sin agua) y/o inmersión del dispositivo (cuando se encuentra inundado de agua). Ambas cámaras estanco se encuentran unidas entre sí mediante una válvula mecánica que actúa en función del requerimiento de operación del dispositivo en la columna de agua. Cada cámara de estanco de operación inundada (20) cuenta con una válvula de inyección de agua (21) y otra de evacuación de agua (22). En la parte inferior de la estructura de soporte y boyantes de la turbina se encuentran las fijaciones asiento (26) para el dispositivo de generación hidromotriz o turbina que conecta con la caja inferior de sello retén y rodamientos (25) desde donde se proyecta, el eje inferior de transmisor turbina eje de soporte (24) del equipo de generación elegido. La fijación del dispositivo en un punto geográfico determinado (fig. 4), es mantenido por una red de anclaje (27) conformado por un reticulado que ofrece movilidad vertical del dispositivo y proporciona además la estructura de amarre cuando se considera la operación lineal con más de un dispositivo. Está formado además por cables de alta resistencia, herrería de uso naval, boyas, cadenas y anclajes posicionados en el lecho marino.

Claims

REIVINDICACIONES
1. - Dispositivo de soporte y fijación sumergible para la instalación de equipamiento de generación eléctrica turbinas mareomotriz y/o corrientes oceánicas que permite su instalación y operación en mar abierto y/o en zonas de canales marinos interiores, CARACTERIZADO por estar conformado por una cápsula hermética en cuyo interior permite la instalación de equipamiento de control lógico, motor generador y tablero eléctrico; dicha cápsula se une a una estructura de flotación rígida conformada por cuatro estructuras tubulares de boyantes que permite soporte y fijación para cualquier sistema de generación eléctrica mareomotriz y/o de corriente oceánica; cada estructura tubular de boyantes cuenta en su interior con cámaras estanco inundables, cámaras de aire comprimido, válvulas mecánicas y sistemas de comunicación que en su conjunto permiten regular las boyantes y/o hundimiento del dispositivo en función de las características oceanográficas existentes en el lugar de operación; la estructura opera anclada al fondo marino a través de un reticulado conformado por herrería y cabos unidos entre sí, conectados a líneas de fondeo cuyos extremos se encuentran unidos a contrapesos posados sobre el lecho marino.
2. - El dispositivo de soporte y fijación sumergible de acuerdo a la reivindicación N°1 , CARACTERIZADO por permitir la fijación y soporte de cualquier tipo de turbina y/o tecnología de generación eléctrica mareomotriz y/o de corrientes oceánicas que sea capaz de aprovechar la energía cinética del cuerpo de agua oceánico y/o canales marinos interiores.
2.- El dispositivo de soporte y fijación sumergible de acuerdo a la reivindicación N°1 , CARACTERIZADO por permitir la fijación y soporte de cualquier tipo de turbina y/o tecnología de generación eléctrica mareomotriz y/o de corrientes oceánicas con una capacidad que va en el rango de 50 KW - 500 KW.
3. - El dispositivo de soporte y fijación sumergible de acuerdo a la reivindicación N°1 , CARACTERIZADO por permitir la fijación y soporte de cualquier tipo de turbina y/o tecnología de generación eléctrica mareomotriz y/o de corrientes oceánicas con una capacidad que va en el rango de 05 MW - 1 MW.
4. - El dispositivo de soporte y fijación sumergible de acuerdo a la reivindicación N°1 , CARACTERIZADO por permitir la fijación y soporte de cualquier tipo de turbina y/o tecnología de generación eléctrica mareomotriz y/o de corrientes oceánicas con una capacidad que va en el rango de 1 MW a 2 MW.
5. - El dispositivo de soporte y fijación sumergible de acuerdo a la reivindicación N°1 , CARACTERIZADO por permitir la fijación y soporte de cualquier tipo de turbina y/o tecnología de generación eléctrica mareomotriz y/o de corrientes oceánicas con una capacidad que va en el rango de 2 MW a 5 MW.
6. - El dispositivo de soporte y fijación sumergible de acuerdo a la reivindicación N°1 , CARACTERIZADO porque las cuatro estructuras tubulares hidrodinámicas cuentan en su interior con cámaras estanco de aire comprimido y agua cuya operación coordinada a través de procesos lógicos, permite que el dispositivo opere con boyantes controlada en superficie y/o sumergido en el tercio superior de la columna de agua.
7. - El dispositivo de soporte y fijación sumergible de acuerdo a la reivindicación N°1 , CARACTERIZADO por contar con cuatro aletas estabilizadoras de movimiento controladas por una red de sensores y tablero control que actúan disipando el movimiento vertical generado por la acción del oleaje y/o corriente ofrecida por la columna de agua.
8. - El dispositivo de soporte y fijación sumergible de acuerdo a la reivindicación N°1 , CARACTERIZADO por contar con una antena de comunicación y control remoto que permite monitorear e intervenir la operación del dispositivo desde un edificio de control central ubicado en tierra.
9. - El dispositivo de soporte y fijación sumergible de acuerdo a la reivindicación N°1 , CARACTERIZADO por contar con un tablero de control central autónomo, capaz de integrar toda las variables que afectan en la operación eficiente del dispositivo, y actuar en función de variables como movimiento verticaldel dispositivo, acción de aleta estabilizador de movimiento, velocidad del cuerpo de agua, tensión y fuerza sistema de anclaje, operación de válvulas mecánicas, geo referencia, temperatura de rodamientos, filtraciones de agua, indicadores de presión.
10. - El dispositivo de soporte y fijación sumergible de acuerdo a la reivindicación N°1 , CARACTERIZADO por contar con estructuras de fijación y soporte que permite la instalación y operación de turbinas de generación mareomotriz y o de corrientes oceánicas de ejes axiales.
11. - El dispositivo de soporte y fijación sumergible de acuerdo a la reivindicación N° , CARACTERIZADO por contar con estructuras de fijación y soporte que permite la instalación y operación de turbinas de generación mareomotriz y/o de corrientes oceánicas de eje vertical y flujo cruzado.
12. - El dispositivo de soporte y fijación sumergible de acuerdo a la reivindicación N°1 , CARACTERIZADO por contar con estructuras de fijación y soporte que permiten la instalación y operación de turbinas de generación mareomotriz y/o corrientes oceánicas de eje horizontal y flujo cruzado.
13. - El dispositivo de soporte y fijación sumergible de acuerdo a la reivindicación N°1 , CARACTERIZADO por contar con estructuras de fijación y soporte que permiten la instalación y operación de turbinas de generación mareomotriz y/o corrientes oceánicas de flujo aumentado.
14. - El dispositivo de soporte y fijación sumergible de acuerdo a la reivindicación N°1 , CARACTERIZADO por contar con estructuras de herrería de amarre y fijación que permite que el dispositivo se pueda unir a sistemas de anclajes fijos al fondo marino en un punto geográfico determinado.
15. - El dispositivo de soporte y fijación sumergible de acuerdo a la reivindicación N°1 , CARACTERIZADO por contar con estructuras de amarre y fijación que permite que el dispositivo se pueda unir a un reticuíado de fondeo que ofrece movilidad vertical del dispositivo.
16. - El dispositivo de soporte y fijación sumergible de acuerdo a la reivindicación N°1 , CARACTERIZADO por estar unido a un reticuíado de fondeo que permiten conectar entre sí a más de un dispositivo y conformar una línea de generación capaz de capturar la energía cinética en forma perpendicular a la dirección del flujo del cuerpo de agua.
PCT/CL2014/000028 2013-05-03 2014-06-18 Dispositivo de soporte y fijaci0n sumergible para instalacion de equipamiento de generaci0n electrica, en base a energia mareomotriz y/o corriente oceanica WO2014176708A2 (es)

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