ES2379520B1

ES2379520B1 - Sistema de generación de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz.

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Publication number: ES2379520B1
Application number: ES201101305A
Authority: ES
Inventors: Fabián Herreros Hidalgo
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-12-12
Filing date: 2011-12-12
Publication date: 2012-11-08
Anticipated expiration: 2031-12-12
Also published as: ES2379520A1

Abstract

Sistema de generación de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz.#Sistema de generación de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz caracterizado porque comprende, como mínimo, 1 módulo convertidor (1) compuesto al menos por:#1 Boya o recipiente flotante (2) que flota sobre la onda.#1 Barra de generación (3) que sirve de eje y guía para su desplazamiento a la boya anterior y que a la vez contiene en su interior los elementos de generación de la corriente eléctrica.#1 Cámara de flotabilidad y anclaje (4).#Cables de anclaje laterales (5) o al fondo marino.#Tubos de distribución de aire comprimido.#Todo lo anterior está conformado para que el movimiento ascendente y descendente de la boya accione, solidariamente hacia arriba y abajo también, el oscilador de un generador eléctrico de tipo lineal construido en el interior de la barra guía, e induciendo con ese movimiento una corriente eléctrica en el estator de ese generador, eliminándose de esta forma cualquier tipo de transformación mecánica intermedia que penalizaría el rendimiento de la máquina.#En conjunción con este módulo o conjunto de módulos convertidores existe un conjunto de cables, tanto de energía como de control, que conectan cada dispositivo con la sala eléctrica y de control (19) del sistema de generación.#Igualmente existe una red de tubos neumáticos que llevan el aire comprimido desde la sala eléctrica y de control hasta los distintos módulos convertidores.

Description

Sistema de generación de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz.

Objeto de la invención

La presente invención tiene por objeto la extracción de la energía presente en el movimiento de las olas del mar, es decir el aprovechamiento de la energía undimotriz.

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 yNOx 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.

El Mar nos ofrece, entre otros, el aprovechamiento de dos tipos de energía, la Mareomotriz, que se basa en la conversión de la energía desarrollada por las mareas y un segundo tipo de energía, la Undimotriz, basada en la transformación de las fuerzas presentes en el movimiento de las olas.

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 mas de 30 años, están tratando de obtener un progreso signiﬁcativo en la tecnología para la conversión en electricidad de este tipo de energía.

La altura media de ola en España es de 1 a 2,5 metros, en función de la costa elegida, y su período, es decir, el tiempo que transcurre entre el paso de 2 crestas consecutivas por el mismo punto, también es variable (entre 3 y 12 segundos para las olas pequeñas y entre6y15segundos para las más altas.

Modelos de convertidores de olas ya existentes son:

-: Sistema WAVEDRAGON, en Dinamarca.

-: Sistema TAPCHAN, en Noruega.

-: Portugal tiene en proyecto la construcción de 2 parques de olas, uno utilizando la tecnología PELAMIS 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.

-: 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.

-: Australia, India, Japón, Estados Unidos, etc, se unieron hace mucho tiempo al grupo de países interesados en el aprovechamiento de este tipo de energía.

En España, el primer convertidor de olas instalado fue en la localidad de Sabon y era del tipo de columna de agua oscilante.

En la actualidad se están desarrollando dos importantes proyectos, uno en Santoña y el segundo, en Motrico. El primero utiliza la tecnología de boyas (OPT) y el segundo, el de columna de agua oscilante.

Todos los sistemas anteriores, excepto el OPT que utiliza un generador lineal, poseen una característica común y ésta es que la energía undimotriz se transforma primero en energía mecánica que, posteriormente, hace girar el rotor de un generador rotativo tradicional obteniéndose ﬁnalmente la energía eléctrica.

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, 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 se sitúe en una posición segura, en la que pueda verse libre de daños.

Descripción de la invención

El sistema descrito a continuación tiene como ﬁnalidad el aprovechamiento de la energía presente en las olas (Energía undimotriz) transformándola en Energía eléctrica, utilizando para ello un Módulo convertidor de energía undimotriz (1).

Esencialmente este Módulo se compone, al menos, de:

-: Boya (2).

-: Barra de generación (3).

-: Cámara de ﬂotabilidad (4) anclada al fondo marino.

Y todos estos elementos conﬁgurados de manera que la Boya, que forma parte del Conjunto motriz (18) del Módulo y que se mueve en sentido vertical, teniendo como eje la Barra de Generación, crea un ﬂujo de energía mecánica que arrastra, con movimiento lineal un elemento magnetizado, el Oscilador (20) cuyo campo magnético cortará un conjunto de Bobinas (16) de material conductor sobre las que inducirá una corriente eléctrica, convirtiéndose, de esta forma la energía undimotriz, primero en energía mecánica y, ésta, posteriormente en energía eléctrica.

Tanto el Oscilador (20) como las Bobinas (16) y el Núcleo estatórico (15) que forman parte del Generador eléctrico (19), se encuentran localizados en el interior de la Barra de Generación, mantenida en posición vertical, dentro de la columna de agua, soportada por la Cámara de Flotabilidad.

Las características físicas de estos componentes del Módulo son las siguientes:

-: La Boya (2) es una cámara estanca, una estructura autoportante, que se desliza, arriba y abajo, con movimiento lineal y alternativo, teniendo como eje la Barra de Generación (3), que la atraviesa longitudinalmente.

-: La Barra de Generación (3) es una estructura estanca y autoportante, que se mantiene, en posición vertical, simplemente apoyada en la parte superior de la Cámara de Flotabilidad mediante una Corona de acero (12), ﬁjada a la estructura de la Barra.

-: La Cámara de Flotabilidad (4) es una cámara estanca, autosoportante, atravesada, como la Boya, de arriba abajo por la Barra de Generación, ﬂotando en medio de la columna de agua, anclada mediante Cable de acero (6) al fondo marino y con Cable (5) también de Acero a otras Cámaras de ﬂotabilidad próximas.

-: Las tres partes anteriores (Boya, Barra de Generación y Cámara de Flotabilidad) además de por su ya indicada estanqueidad, se caracterizan porque son independientes entre sí, es decir no hay invasión de ninguna de ellas en el interior de las otras.

Las características funcionales de estos componentes son las siguientes:

-: La Boya es la parte del Conjunto motriz (18) del Módulo Convertidor, que capta la energía de la Ola y que se desliza, ﬂotando sobre ella teniendo como eje la Barra de Generación. La función de la Boya es aportar al sistema motriz del Módulo Convertidor un conjunto de Elementos férricos (7) que forman parte del sistema de transmisión del movimiento de la Boya a los sistemas dispuestos en el interior de la Barra de Generación.

-: La función principal de la Barra de Generación es, además de servir de eje a la Boya, el contener en su interior el Generador Eléctrico de tipo lineal cuyo Conjunto Motriz (18) lo constituye la Boya indicada en el párrafo anterior y el Carretón de arrastre (9) con sus Electroimanes de tracción (8).

Dentro de la Barra de Generación se encuentran situados los siguientes sistemas:

-: Sistema de transmisión del movimiento de la boya al interior de la barra de generación.

-: Sistema de generación eléctrica.

-: Sistema de transmisión entre el carretón de arrastre y el generador eléctrico.

-: Sistema de conversión de la corriente eléctrica generada a las necesidades de la red.

La Cámara de Flotabilidad (4) tiene como función el proporcionar un punto de apoyo ﬁjo, pero elástico, a la Barra de Generación del Módulo Convertidor a una altura tal de la superﬁcie marina que permita que la Boya efectúe la totalidad de su recorrido ante olas de la amplitud máxima de diseño y tanto en situación de Pleamar o Bajamar.

La Barra de Generación se introduce por el centro de la Cámara de Flotabilidad hasta que la Corona (12) se apoya sobre la tapa superior de dicha Cámara, La holgura entre la superﬁcie exterior de la Barra de Generación y la generatriz del hueco interior de la Cámara de Flotabilidad será tal que permitirá la extracción de la Barra de Generación para su reparación en tierra ﬁrme en caso de necesidad.

Las características de los sistemas presentes en el Módulo Convertidor se describen a continuación:

Este sistema es una de las características que deﬁnen esta invención y es la forma de transmisión del movimiento de la Boya (externa a la Barra de Generación) con los elementos situados en el interior de la ya referida Barra, transmisión que se realiza sin que exista contacto físico entre Boya y Barra de Generación (excepto los espaciadores que mantengan la interdistancia entre ambas).

Consiste este sistema en un conjunto de Electroimanes (8) denominados Electroimanes de tracción, montados sobre un Carretón de arrastre (9) situado dentro de la Barra de Generación que, cuando son energizados, crean sendos magnéticos que atraen a los Elementos férricos (7) ﬁjados a la estructura de la Boya. De esta forma, cuando los Elementos Férricos (7) de la Boya suban o bajen, siguiendo la tendencia de la ola, y pasen frente a los Electroimanes de Tracción, sufrirán el esfuerzo de atracción ejercido por los Electroimanes del Carretón de Arrastre en el mismo sentido de subida o bajada que lo haga la Boya, estableciéndose un nexo de unión, invisible pero efectivo, que obligará al Carretón de Arrastre a seguir la trayectoria de la Boya.

-: Sistema de generación eléctrica.

El Sistema de generación lo constituye un Generador eléctrico (19) de tipo lineal, situado en posición vertical dentro de la Barra de Generación, formado por 2 (dos) partes principales: el Oscilador (20), que se mueve de forma lineal y el Estator.

El Oscilador está compuesto por un conjunto de electroimanes (o imanes permanentes) denominados Electroimanes (o imanes permanentes) de inducción (13) montados sobre el Carretón de inducción (14).

El Estator de este Generador está constituido por un Núcleo estatórico (15) de chapas de acero laminado que dispone de unas ranuras dentro de las cuales se insertan las Bobinas (16) del inducido.

Cuando el Conjunto Motriz (18) se mueve, siguiendo la curva de la ola, el Oscilador (20) se mueve por el eje del Estator y los Electroimanes (o imanes permanentes) de Inducción (13) crean unos circuitos magnéticos que al cerrarse a través de las Bobinas (16) originan en ellas una corriente eléctrica cuyo sentido se mantiene hasta que el Oscilador ﬁnaliza su recorrido en ese sentido, momento que coincide con el instante en que la Boya ﬁnaliza el suyo. Cuando la Boya inicia el cambio, lo hace también el Oscilador y la corriente eléctrica cambia de sentido.

La transmisión de energía entre el Carretón de Arrastre y el Generador Eléctrico puede ser, al menos, de tres tipos, aunque siempre de modo lineal:

Sistema de transmisión tipo “A”.

La unión entre el Carretón de Arrastre (9) y el Carretón de Inducción (14) se realiza mediante un Eje rígido (23) que los une y los hace solidarios el uno al otro.

De esta forma cuando la Boya suba el Oscilador también lo hará y a la inversa, cuando la Boya inicie su movimiento de descenso, el Oscilador descenderá.

Sistema de transmisión tipo “B”.

La unión entre el Carretón de Arrastre (9) y el Carretón de Inducción (14) se realiza mediante Cable de acero

(10) y Polea de suspensión (11) localizada en la parte superior de la Barra de Generación. El peso del Carretón de Arrastre y sus Electroimanes de Tracción se equilibra con el del Carretón de Inducción y sus electroimanes (o imanes permanentes), anulándose de esta forma los efectos gravitatorios que pudieran penalizar el rendimiento de la máquina.

Los movimientos del Carretón de Arrastre y del Carretón de Inducción son antagónicos, es decir que cuando la Boya sube (y el Carretón de Arrastre con ella), el Oscilador baja,yalainversa.

Sistema de transmisión tipo “C”.

La unión entre el Carretón de Arrastre (9) y el Carretón de Inducción (14) se realiza mediante Cable de acero (10), Polea de suspensión (11) localizada en la parte superior de la Barra de Generación, Polea de reenvío (11a) y Muelle tensor (22). El peso del Carretón de Arrastre y sus Electroimanes de Tracción se equilibra con el del Carretón de Inducción y sus electroimanes (o imanes permanentes), anulándose de esta forma los efectos gravitatorios que pudieran penalizar el rendimiento de la máquina.

Con este sistema la Boya obligará al Oscilador a seguir sus movimientos tanto en el sentido de subida como de bajada, aunque como en el tipo “B” anterior, los movimientos del Carretón de Arrastre y del Carretón de Inducción son antagónicos.

La corriente producida en el Generador Eléctrico será tratada en cada Módulo Convertidor, en el que en la Cámara de rectiﬁcación y ondulación (17) se dispondrá un Conjunto rectiﬁcador-ondulador (21) formado por diodos, puentes rectiﬁcadores, onduladores y transformadores, que adaptarán la corriente eléctrica creada en las bobinas del Estator a las condiciones de tensión y frecuencia deseadas.

-: Sistema de protección activa del módulo convertidor.

El Módulo Convertidor de energía undimotriz descrito estará dotado de un Sistema de protección activa contra las condiciones extraordinarias de un mar embravecido. El procedimiento consiste, dadas las características de estanqueidad de la Boya y de la Cámara de Flotabilidad, en inundarlas de agua de mar (previo corte de la corriente de alimentación a los Electroimanes) mediante la apertura de la Válvula de inundación (25) y de la Válvula de salida de aire (24) de la que van provistas, hundiéndose entonces hasta llevar el conjunto a una profundidad en la que las olas dejen de constituir un peligro para la integridad del Módulo Convertidor. Cuando las condiciones peligrosas desaparezcan, una red de Aire comprimido inyectará aire en ambas cámaras mediante la apertura de la Válvula de llenado de aire (26), desplazando, a través de la Válvula de inundación (25), el agua que las inundaba y las mantenía sumergidas para que alcancen de nuevo su disposición de trabajo.

Un Presostato (28) controla el llenado de la Cámara, que está protegida de cualquier sobrepresión por una Válvula de seguridad (27).

Breve descripción de los dibujos

Figura 1.-Muestra una vista esquemática del Módulo convertidor (1) más elemental.

Figura 2.-Se representa un Módulo Convertidor, con su Boya (2), Barra de Generación (3), Cámara de Flotabilidad (4), los Cables de Amarre (5) de ésta a las Cámaras de Flotabilidad de otros Módulos próximos y los Cables de Amarre

(6) del Módulo al fondo marino.

Figura 3.-Muestra una sección del Módulo Convertidor, en la que se aprecian las secciones de las envolventes de las 3 Cámaras que forman parte del Módulo: Boya (2). Barra de Generación (3) y Cámara de Flotabilidad (4).

Figura 4.-Representa una sección de la Boya (2) y de la Barra de Generación (3).

Figura 5.-Muestra un esquema de la situación de la Barra de Generación (3) con su Corona (12) apoyada en la parte superior de la Cámara de Flotabilidad (4).

Figuras 6.-Se representa una sección de la Barra de Generación (3) y la Cámara de rectiﬁcación y ondulación (17) de la corriente eléctrica generada.

Figura 7.-En esta ﬁgura se muestra el Conjunto Motriz (18) del Sistema de generación, el Generador Eléctrico Lineal (19) y el Conjunto Rectiﬁcador-Ondulador (21).

Figura 8.-Muestra una sección de la Barra de Generación (3) con, entre otros, su Corona de Apoyo (12), el Oscilador (20), el Carretón de Arrastre (9) y el Carretón de Inducción (14).

Figura 9.-Muestra el sistema tipo “A” de transmisión de movimiento entre el Carretón de Arrastre (9) y el Carretón de Inducción (14), compuesto por un eje (23) rígido que los une y los solidariza.

Figura 10.-Muestra el sistema tipo “B” de transmisión de movimiento entre el Carretón de Arrastre (9) y el Carretón de Inducción (14), compuesto por la Polea de Suspensión (11) y un Cable de Acero (10) que los une.

Figura 11.-Muestra el sistema tipo “C” de transmisión de movimiento entre el Carretón de Arrastre (9) y el Carretón de Inducción (14), compuesto por la Polea de suspensión (11), la Polea de reenvío (11a), el Muelle Tensor

(22) y el Cable de Acero (10) que une a ambos carretones.

Figura 12.-Se representa una sección del Conjunto Motriz (18), con la Boya (2), el Carretón de Arrastre (9), los Elementos Férricos (7) y los Electroimanes de Tracción (8).

Figura 13.-Muestra un esquema del Generador, donde se aprecia la disposición del Estator y el Oscilador.

Figura 14.-Muestra un esquema del Oscilador del Generador, donde se aprecia el Carretón de Inducción (14) y los Electroimanes (o imanes permanentes) de Inducción (13).

Figuras 15. -Muestra un esquema de una sección del Estator del Generador, donde se aprecia la disposición de las Bobinas (16) y el conjunto de chapas de acero laminado (15) que constituyen su núcleo estatórico.

Figura 16.-Muestra un esquema de principio del Sistema de protección activa del módulo convertidor de la Boya y de la Cámara de Flotabilidad en el que, de forma esquemática, se aprecian las Válvulas de Inundación (25), Válvulas de Llenado de Aire (26) y sus Presostatos (28), Válvulas de Salida de Aire (24) y las Válvulas de Seguridad (27) para proteger de sobrepresiones a las Cámaras.

Figuras 17 y 18.-La primera presenta una ﬁla de Módulos Convertidores (1) con sus Cámaras de Flotación (4), unidas entre sí con cable de acero (5) y el conjunto, anclado al fondo marino, también con cable (6), juntamente con una Plataforma elevada (30) y una Sala eléctrica (31) donde se instalarían los transformadores, disyuntores, autómatas y elementos de protección y control de la Central.

La segunda de las ﬁguras muestra una disposición en planta que, naturalmente, será función de las condiciones geomarítimas de la zona donde se instala la Central.

Figura 19.-Muestra una recreación virtual de una Central Undimotriz basada en la utilización del Módulo Convertidor objeto de la invención.

Descripción de la forma de realización preferida

El Módulo Convertidor de Energía Undimotriz descrito podemos utilizarlo, como una de las aplicaciones favoritas de esta invención, en un Parque de boyas de Generación de Electricidad, una Central eléctrica de tipo undimotriz formada por un conjunto de Módulos Convertidores regularmente distribuidos de forma que la Boya de uno no interﬁera ni sirva de barrera a la ola y que estarán conectados a un Centro de Transformación situado en las proximidades de los Módulos.

Dado que estos Módulos, por su tamaño pueden estar relativamente próximos unos a otros, se puede lograr una elevada potencia en un espacio muy inferior a los que ocupan los sistemas actuales.

Adicionalmente, puesto que su longitud es relativamente corta, ofrecen la posibilidad de situarlos, prácticamente, en la línea costera y la Sala eléctrica de Control puede incluso ubicarse en tierra ﬁrme.

El Módulo Convertidor (1), tal y como se representa en las Figuras 1,2y3, está formado por 3 partes estancas e independientes entre sí, siendo estas:

-: Boya (2) que ﬂota sobre la superﬁcie del mar, siguiendo la ola.

-: Barra de Generación (3), que atraviesa la Boya (y la sirve de guía).

-: Cámara de Flotabilidad (4), atravesada también por la Barra de Generación, y que está anclada al fondo marino mediante cable de acero (6).

La altura de anclaje de la Cámara de Flotabilidad al fondo marino será tal que permita que la Boya efectúe la totalidad de su recorrido ante olas de la amplitud máxima de diseño y tanto en situación de Pleamar o Bajamar. Además del anclaje de las Cámaras de Flotabilidad al fondo marino estarán ancladas entre sí mediante cadenas o cables de acero (5).

La Boya, elemento motriz del Módulo, traslada su movimiento al interior de la Barra de Generación, sin que se produzca conexión física y tangible entre ambas (excepto los espaciadores que mantengan la interdistancia entre ambas), gracias a los esfuerzos electromagnéticos que unos Electroimanes de Tracción (8) situados en el interior de la Barra de Generación, ejercen sobre la Boya.

Este Sistema de transmisión del movimiento de la boya al interior de la barra de generación es una de las características que deﬁnen esta invención.

Consiste este sistema en un conjunto de Electroimanes (8) denominados Electroimanes de tracción, montados sobre un Carretón de arrastre (9) situado dentro de la Barra de Generación que, cuando son energizados, crean sendos campos magnéticos que atraen a los Elementos férricos (7) ﬁjados a la estructura de la Boya estableciéndose el nexo de unión que obligará al Carretón de Arrastre a seguir la trayectoria de la Boya. De esta forma, cuando los Elementos Férricos (7) de la Boya suban o bajen, siguiendo la tendencia de la ola, sufrirán el esfuerzo de atracción ejercido por los Electroimanes del Carretón de Arrastre en el mismo sentido de subida o bajada que lo haga la Boya.

La Barra de Generación (3) es una estructura estanca y autoportante, que se mantiene, en posición vertical, simplemente apoyada en la parte superior de la Cámara de Flotabilidad mediante una Corona de acero (12), ﬁjada a la estructura de la Barra.

Su función es, además de servir de eje a la Boya y al resto de los componentes del Conjunto Motriz (18) que forman Sistema de transmisión del movimiento de la boya al interior de la barra de generación, el contener en su interior los sistemas que transforman la energía undimotriz en electricidad. Estos sistemas son los siguientes:

-: Sistema de generación eléctrica.

-: El Oscilador está compuesto por un conjunto de electroimanes (o imanes permanentes) denominados Electroimanes (o imanes permanentes) de inducción (13) montados sobre el Carretón de inducción (14).

-: El Estator de este Generador está constituido por un Núcleo estatórico (15) de chapas de acero laminado que dispone de unas ranuras dentro de las cuales se insertan las Bobinas (16) del inducido.

-: Cuando el Conjunto Motriz (18) se mueve, siguiendo la curva de la ola, el Oscilador (20) se mueve por el eje del Estator y los Electroimanes (o imanes permanentes) de Inducción (13) crean unos campos y circuitos magnéticos que al atravesar las Bobinas (16) originan una corriente eléctrica cuyo sentido se mantiene hasta que el Oscilador ﬁnaliza su recorrido en ese sentido, momento que coincide con el instante en que la Boya ﬁnaliza el suyo. Cuando la Boya inicia el cambio, lo hace también el Oscilador y la corriente eléctrica cambia de sentido.

El Sistema de transmisión entre el carretón de arrastre y el generador eléctrico puede ser, al menos, de tres tipos, aunque siempre de modo lineal:

Sistema de transmisión tipo “A”.

-: La unión entre el Carretón de Arrastre (9) y el Carretón de Inducción (14) se realiza mediante un Eje rígido

(23) que los une y los hace solidarios el uno al otro.

De esta forma cuando la Boya suba el Oscilador también lo haráyalainversa, cuando la Boya inicie su movimiento de descenso, el Oscilador iniciará el suyo.

Sistema de transmisión tipo “B”.

-: La unión entre el Carretón de Arrastre (9) y el Carretón de Inducción (14) se realiza mediante Cable de acero (10) y Polea de suspensión (11) localizada en la parte superior de la Barra de Generación. El peso del Carretón de Arrastre y sus Electroimanes de Tracción se equilibra con el peso del Carretón y sus electroimanes (o imanes permanentes) de Inducción, anulándose de esta forma los efectos gravitatorios que pudieran penalizar el rendimiento de la máquina. Los movimientos del Carretón de Arrastre y del Carretón de Inducción son antagónicos, es decir que cuando la Boya suba (y el Carretón de Arrastre con ella, el Oscilador bajará, y a la inversa.

Sistema de transmisión tipo “C”.

-: La unión entre el Carretón de Arrastre (9) y el Carretón de Inducción (14) se realiza mediante Cable de acero (10), Polea de suspensión (11) localizada en la parte superior de la Barra de Generación, Polea de reenvío (11a) y Muelle tensor (22). El peso del Carretón de Arrastre y sus Electroimanes de Tracción se equilibra con el del Carretón de Inducción y sus electroimanes (o imanes permanentes), anulándose de esta forma los efectos gravitatorios que pudieran penalizar el rendimiento de la máquina.

Entre estos tres sistemas se adopta, para la forma de realización favorita, el Tipo “C” de transmisión, formado por las 2 (dos) Poleas, la de Suspensión y la de Reenvío, y el Cable de Acero de transmisión, con su Muelle Tensor.

La corriente producida en el Generador Eléctrico será tratada en cada Módulo Convertidor, para adaptarla a sus condiciones de uso, mediante un Sistema de conversión de la corriente eléctrica generada a las necesidades de la red, un conjunto rectiﬁcador-ondulador (21) formado por rectiﬁcadores, diodos, onduladores y transformadores, que adaptarán la corriente eléctrica creada en las bobinas del Estator a las condiciones de tensión y frecuencia deseadas.

Dadas las características particulares de las Cámaras que componen cada Módulo Convertidor, los que integran esta aplicación favorita estarán dotados de un Sistema de protección activa que los lleven a una posición segura cuando las condiciones del mar puedan suponer peligro para la integridad de los equipos. El procedimiento consiste, dadas las características de estanqueidad de la Boya y de la Cámara de Flotabilidad, en inundarlas de agua de mar (previo corte de la corriente de alimentación a los Electroimanes, tanto de Tracción como de Inducción) mediante la apertura de la Válvula de inundación (25) y de la Válvula de salida de aire (24) de la que van provistas, hundiéndose entonces hasta llevar el conjunto a una profundidad en la que las olas dejen de constituir un peligro para la integridad del Módulo Convertidor. Cuando las condiciones adversas desaparezcan, una red de Aire comprimido inyectará aire en ambas cámaras mediante la apertura de la Válvula de llenado de aire (26), desplazando, a través de la Válvula de inundación (25), el agua que las inundaba y las mantenía sumergidas para que alcancen de nuevo su disposición de trabajo.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Sistema de generación de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz caracterizado por comprender, como mínimo, un Módulo convertidor (1) compuesto, como al menos, por 3 cámaras estancas e independientes entre sí, siendo estas:

-

Boya (2) que ﬂota sobre la superﬁcie del mar, siguiendo la ola.

-

Barra de generación (3), que atraviesa la Boya (y la sirve de guía).

-

Cámara de ﬂotabilidad (4), atravesada también por la Barra de Generación, y que está anclada al fondo marino mediante cable de acero (6).

La Boya (2), elemento motriz del Módulo, traslada su movimiento al interior de la Barra de Generación, sin que se produzca conexión física y tangible entre ambas,excepto los espaciadores que mantengan la interdistancia entre ambas, gracias a los esfuerzos electromagnéticos que unos Electroimanes de Tracción (8) situados en el interior de la Barra de Generación, ejercen sobre la Boya.

Este Sistema de transmisión del movimiento de la boya al interior de la barra de generación consiste en un conjunto de Electroimanes (8) denominados Electroimanes de tracción, montados sobre un Carretón de arrastre (9) situado dentro de la Barra de Generación que, cuando son energizados, crean sendos campos magnéticos que atraen a los Elementos férricos (7) ﬁjados a la estructura de la Boya estableciéndose el nexo de unión que obligará al Carretón de Arrastre a seguir la trayectoria de la Boya. De esta forma, cuando los Elementos Férricos (7) de la Boya suban o bajen, siguiendo la tendencia de la ola, sufrirán el esfuerzo de atracción ejercido por los Electroimanes del Carretón de Arrastre en el mismo sentido de subida o bajada que lo haga la Boya.

La Barra de Generación (3) es una estructura estanca y autoportante, que se mantiene, en posición vertical, apoyada en la parte superior de la tercera cámara mediante una Corona de acero (12), ﬁjada a la estructura de la Barra.

Su función es, además de servir de eje a la Boya y al resto de los componentes del Conjunto Motriz (18) que forman parte del Sistema de transmisión del movimiento de la boya al interior de la barra de generación, el contener en su interior los sistemas que transforman la energía undimotriz en electricidad, tanto el Sistema de generación como el Sistema de transmisión de energía desde el carretón de arrastre al carretón de inducción.

El Sistema de generación lo constituye un Generador eléctrico (19) de Tipo lineal, situado en posición vertical dentro de la Barra de Generación, formado por 2 (dos) partes principales: el Oscilador (20), que se mueve de forma lineal y el Estator, ﬁjado a la estructura interior de dicha Barra de Generación.

El Sistema de transmisión entre el carretón de arrastre y el generador eléctrico puede ser, al menos, de tres tipos, aunque siempre de modo lineal:

Sistema de transmisión tipo “A”.

-

La unión entre el Carretón de Arrastre (9) y el Carretón de Inducción (14) se realiza mediante un Eje rígido

(23) que los une y los hace solidarios el uno al otro.

Sistema de transmisión tipo “B”.

-

La unión entre el Carretón de Arrastre (9) y el Carretón de Inducción (14) se realiza mediante Cable de acero (10) y Polea de suspensión (11) localizada en la parte superior de la Barra de Generación. El peso del Carretón de Arrastre y sus Electroimanes de Tracción se equilibra con el del Carretón de Inducción y sus electroimanes, o imanes permanentes, anulándose de esta forma los efectos gravitatorios que pudieran penalizar el rendimiento de la máquina.

-

Los movimientos del Carretón de Arrastre y del Carretón de Inducción son antagónicos, es decir que cuando la Boya suba (y el Carretón de Arrastre con ella), el Oscilador bajará,yalainversa.

Sistema de transmisión tipo “C”.

-

La unión entre el Carretón de Arrastre (9) y el Carretón de Inducción (14) se realiza mediante Cable de acero (10), Polea de suspensión (11) localizada en la parte superior de la Barra de Generación, Polea de reenvío (11a) y Muelle tensor (22). El peso del Carretón de Arrastre y sus Electroimanes de Tracción se equilibra con el del Carretón de Inducción y sus electroimanes, o imanes permanentes, anulándose de esta forma los efectos gravitatorios que pudieran penalizar el rendimiento de la máquina. Con este sistema la Boya obligará al Oscilador a seguir sus movimientos tanto en el sentido de subida como de bajada, aunque como en el tipo “B” anterior, los movimientos del Carretón de Arrastre y del Carretón de Inducción son antagónicos.

La corriente producida en el Generador Eléctrico será tratada en cada Módulo Convertidor, para adaptarla a sus condiciones de uso, mediante un Sistema de conversión de la corriente eléctrica generada a las necesidades de la red, un Conjunto rectiﬁcador-ondulador (21) formado por rectiﬁcadores, diodos, onduladores y transformadores, que adaptarán la corriente eléctrica creada en las bobinas del Estator a las condiciones de tensión y frecuencia deseadas para su transporte hasta la Sala eléctrica y de control (31).

El Módulo Convertidor estará dotado de un Sistema de protección activa que lo lleve a una posición segura cuando las condiciones del mar puedan suponer peligro para la integridad del equipo.
2.

Sistema según Reivindicación 1 caracterizado por estar compuesto por una pluralidad de Módulos Convertidores (1) dispuestos en una geometría en planta cuadrada u ortogonal.
3.

Sistema de generación de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz según Reivindicación 1 caracterizado porque la Barra de Generación y la Boya se mantienen en posición vertical soportadas por la Cámara de Flotabilidad.
4.

Sistema de generación de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz según Reivindicación 1 caracterizado porque el Estator del Generador Eléctrico está compuesto por un Núcleo estatórico (15) de chapas de acero laminado que dispone de unas ranuras dentro de las cuales se insertan las Bobinas (16) del inducido.
5.

Sistema de generación de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz según Reivindicación 1 caracterizado porque el Oscilador del Generador Eléctrico está compuesto por un conjunto de electroimanes, o imanes permanentes, (13) denominados Electroimanes, o imanes permanentes, de inducción montados sobre el Carretón de inducción (14).
6.

Procedimiento de conversión de energía undimotriz según reivindicación 1 caracterizado porque utiliza un sistema descrito en dicha reivindicación que transforma la energía undimotriz de las olas en energía eléctrica debido al movimiento continuo de los elementos que componen el sistema de captación de la energía, la Boya, y el sistema de transmisión “C” según la reivindicación 1, elegido. Esta conversión se realiza según las siguientes etapas:

-

Elevación de la Boya, teniendo la Barra Generadora como guía hasta la cresta de la ola, lo que conlleva, si los Electroimanes de Tracción (8) están energizados, que el campo electromagnético que estos crean, atraigan a los Elementos Férricos (7) de la referida Boya y de esta forma el vínculo creado entre ésta y el Carretón de Arrastre hace que éste último la siga, en paralelo, hasta que alcanza, simultáneamente, la misma posición.

Al mismo tiempo que el Carretón de Arrastre asciende por el interior de la Barra de Generación, el Cable de acero (10) amarrado a la parte inferior del Carretón de Inducción, pasando a través de la Polea de Reenvío (11a), obliga al Oscilador a seguir el sentido opuesto.

-

Cuando la Boya, inicia su descenso hacia el valle de la ola, lo que conlleva, si los Electroimanes de Tracción

(8) están energizados, que el Carretón de Arrastre la siga, en paralelo, hasta que alcanza, simultáneamente, la misma posición.

Al mismo tiempo que el Carretón de Arrastre baja por el interior de la Barra de Generación, el Cable de acero (10) amarrado a la parte superior del Carretón de Inducción, pasando a través de la Polea de Suspensión (11), obliga al Oscilador a seguir el sentido opuesto.

-

Cuando el Oscilador está subiendo o bajando por el eje del Estator, los polos de sus Electroimanes (o imanes) de Inducción (13) crean unos circuitos magnéticos que, al cerrarse por el entrehierro y el núcleo férrico (15) del Estator, pasan a través de las Bobinas (16) del mismo, originando en ellas la corriente eléctrica lográndose así la conversión deseada del paso de la Energía undimotriz en energía eléctrica.
7. Sistema de generación de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz según Reivindicaciones 1 caracterizado por utilizar un Sistema de protección activa formado por una pluralidad de elementos incorporados en la Boya y en la Cámara de Flotabilidad.

OFICINA ESPAÑOLA DE PATENTES Y MARCAS

N.º solicitud: 201101305

ESPAÑA

Fecha de presentación de la solicitud: 12.12.2011

Fecha de prioridad:

INFORME SOBRE EL ESTADO DE LA TECNICA

51 Int. Cl. : F03B13/18 (2006.01)

DOCUMENTOS RELEVANTES

Categoría

56 Documentos citados Reivindicaciones afectadas

A

US 2007228737 A1 (HIRSCH WILLIAM W) 04.10.2007, todo el documento. 1-7

A

US 2010109329 A1 (BRANTINGHAM JEREMY) 06.05.2010, párrafos [102-106]; figuras. 1,6

A

WO 2011062576 A1 (OCEAN POWER TECHNOLOGIES INC et al.) 26.05.2011, todo el documento. 1,6

A

WO 2009022930 A1 (DRAGIC MILE) 19.02.2009, todo el documento. 1,6

A

US 2010219633 A1 (SICHAU GARY STEVEN et al.) 02.09.2010, todo el documento. 1,6

Categoría de los documentos citados X: de particular relevancia Y: de particular relevancia combinado con otro/s de la misma categoría A: refleja el estado de la técnica O: referido a divulgación no escrita P: publicado entre la fecha de prioridad y la de presentación de la solicitud E: documento anterior, pero publicado después de la fecha de presentación de la solicitud

El presente informe ha sido realizado • para todas las reivindicaciones • para las reivindicaciones nº:

Fecha de realización del informe 03.04.2012

Examinador E. García Lozano Página 1/4

INFORME DEL ESTADO DE LA TÉCNICA

Nº de solicitud: 201101305

Documentación mínima buscada (sistema de clasificación seguido de los símbolos de clasificación) F03B Bases de datos electrónicas consultadas durante la búsqueda (nombre de la base de datos y, si es posible, términos de

búsqueda utilizados) INVENES, EPODOC

Informe del Estado de la Técnica Página 2/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201101305

Fecha de Realización de la Opinión Escrita: 03.04.2012

Declaración

Novedad (Art. 6.1 LP 11/1986)

Reivindicaciones Reivindicaciones 1-7 SI NO

Actividad inventiva (Art. 8.1 LP11/1986)

Reivindicaciones Reivindicaciones 1-7 SI NO

Se considera que la solicitud cumple con el requisito de aplicación industrial. Este requisito fue evaluado durante la fase de examen formal y técnico de la solicitud (Artículo 31.2 Ley 11/1986).

Base de la Opinión.-

La presente opinión se ha realizado sobre la base de la solicitud de patente tal y como se publica.

Informe del Estado de la Técnica Página 3/4

OPINIÓN ESCRITA

Nº de solicitud: 201101305

1. Documentos considerados.-

A continuación se relacionan los documentos pertenecientes al estado de la técnica tomados en consideración para la realización de esta opinión.

Documento

Número Publicación o Identificación Fecha Publicación

D01

US 2007228737 A1 (HIRSCH WILLIAM W) 04.10.2007

D02

US 2010109329 A1 (BRANTINGHAM JEREMY) 06.05.2010
2. Declaración motivada según los artículos 29.6 y 29.7 del Reglamento de ejecución de la Ley 11/1986, de 20 de marzo, de Patentes sobre la novedad y la actividad inventiva; citas y explicaciones en apoyo de esta declaración

La presente solicitud se refiere a un sistema de generación de energía eléctrica a partir de la energía undimotriz, y a su procedimiento de funcionamiento. El sistema objeto de la invención comprende 3 cámaras estancas e independientes entre sí: boya (2) que flota sobre la superficie del mar, cámara de flotabilidad (4) anclada al fondo marino, y barra de generación (3) que se mantiene en posición vertical y atraviesa la boya y la cámara de flotabilidad. El movimiento de la boya se transmite a la barra mediante unos electroimanes de tracción (8) situados en la barra y unos elementos férricos (7) fijados a la boya que generan esfuerzos electromagnéticos. El movimiento de la barra se transforma en electricidad a través de un sistema de transmisión de energía y otro sistema de generación. El sistema de generación, de tipo lineal, lo forman un oscilador (20) y un estator fijo a la estructura interior de la barra. Por su parte, el sistema de transmisión del carretón de arrastre (9) sobre el que van montados los electroimanes de tracción, y el carretón de inducción (parte del oscilador), puede ser de tres tipos: Sistema de transmisión Tipo A: ambos carretones están unidos mediante eje rígido y se mueven solidariamente. Sistema de transmisión Tipo B: entre ambos se sitúa una polea de modo que el movimiento de ambos es antagónico. Sistema de transmisión Tipo C: entre ambos se sitúan dos poleas y un muelle tensor, de modo que el movimiento de los dos es antagónico y también se anulan efectos gravitatorios que pueden penalizar el rendimiento del sistema. Por último, el sistema cuenta con un sistema de protección activa para situaciones en las que la situación del mar así lo requiera, y dentro de la barra se sitúa también un sistema de conversión de la corriente eléctrica para adaptarla a las condiciones de uso antes de ser enviada a una sala de control (Reiv.1). El documento D01 divulga un dispositivo de aprovechamiento de la energía de las olas que comprende una plataforma anclada al fondo marino (206) mediante los postes de estabilización (204), un eje vertical (102) unido a la anterior plataforma y en cuya parte superior se encuentra una boya (106) en forma de collar alrededor del eje y que sigue los movimientos verticales de las olas. La boya (106) está unida a un manguito magnético (112) que se desplaza solidariamente con la boya sobre el eje vertical (102), en una zona en la que se encuentra una bobina (114), de modo que el movimiento del manguito sobre la misma genera un campo electromagnético recogido en el cable de transmisión 118. El sistema completo está diseñado para actuar con varios dispositivos como los anteriores (ver figura 2). Como puede apreciarse, el sistema D01 sería similar en algunos aspectos al sistema objeto de la invención en el que se emplea un sistema de transmisión Tipo A. Sin embargo, existe una diferencia entre ambas invenciones, y radica en la transmisión del movimiento del elemento flotante o boya, y el elemento que se mueve sobre o dentro del eje. En el caso de la solicitud se transmite el movimiento de la boya al carretón de arrastre mediante electroimanes (8) y elementos férricos (7), mientras que en el caso de D01 la unión entre boya y manguito se realiza mediante diferentes elementos, rígidos (cables o listones) o flexibles (cuerdas) (ver párrafos 95 a 97 de D01), pero siempre mediante una conexión física entre ambos elementos. El empleo de una conexión basada en fuerzas electromagnéticas implica una serie de problemas y soluciones técnicas que hace que no resultara evidente para un experto en la materia el paso de la invención divulgada en D01 a la invención solicitada. El documento D02 divulga otro sistema de aprovechamiento de la energía de las olas. En este caso, el sistema comprende un elemento flotante (402), que siguiendo el movimiento de las olas desliza sobre un eje (404) vertical siguiendo una trayectoria helicoidal (ver figura 4A). En el dispositivo flotante se ubican un estator (438) y un rotor (440) de modo que el movimiento relativo de uno y el otro genera una corriente eléctrica que puede ser transportada por el conductor 426 fuera del sistema. Al igual que en el caso anterior, se aprovecha el movimiento de las olas mediante un campo electromagnético, pero la transmisión de movimiento entre el elemento flotante y el componente correspondiente del eje en este caso se realiza mediante una trayectoria helicoidal realizada por la resultante de las fuerzas de gravedad y de las olas. Sigue existiendo un contacto diferente y no evidente al propuesto en la solicitud.

Por lo tanto, se considera que ninguno de los documentos citados en el Informe de Búsqueda, o cualquier combinación relevante de ellos, revela un sistema de las características del sistema de la solicitud. Los anteriores documentos únicamente reflejan el estado de la técnica, y se considera que la invención es nueva e implica actividad inventiva (Art. 6 y 8 Ley de Patentes 11/1986).

Informe del Estado de la Técnica Página 4/4